Forest response to cumulative disturbance and stress: Two decades of change in whitebark pine ecosystems of west-central British Columbia

Abstract

Forests dominated by the endangered tree species whitebark pine (Pinus albicaulis) are threatened by multiple stresses (fire suppression, climate change) and disturbances (white pine blister rust [Cronartium ribicola], mountain pine beetle [Dendroctonus ponderosae]). To gain insight into how these ecosystems respond, we quantified vegetation change over 2 decades (21–29 y) in xeric and submesic P. albicaulis ecosystems near the northern edge of the species' range on the leeward side of the Coast Mountains of British Columbia, Canada. We compared changes in overstory and understory vegetation composition of these stands to changes in mesic, non-whitebark pine ecosystems in the same region. Multi-response permutation procedure (MRPP) analysis showed that the overstory of xeric whitebark pine ecosystems became compositionally similar to mesic ecosystems, i.e., there was increased dominance by Abies lasiocarpa or Tsuga mertensiana. Yet understory composition in xeric whitebark pine stands changed little and there was continued regeneration of P. albicaulis. Submesic whitebark pine stands developed a dense canopy dominated by T. mertensiana, and although their understories did not become compositionally similar to mesic ecosystems, there was minimal P. albicaulis regeneration. Understory stability in xeric and submesic whitebark pine ecosystems over 21–29 y suggests compositional resilience in these ecosystems to multiple stresses and disturbances. However, ongoing disturbance affecting both overstory and understory P. albicaulis might still result in the loss of this keystone species.

Résumé

Les forêts dominées par le pin à écorce blanche (Pinus albicaulis), une espèce menacée, subissent de nombreux stress (suppression des feux, changements climatiques) et perturbations (rouille vésiculeuse du pin blanc [Cronartium ribicola], dendroctone du pin ponderosa [Dendroctonus ponderosae]). Pour comprendre comment ces écosystèmes répondent, nous avons évalué quantitativement les changements sur 2 décennies (21–29 ans) dans la végétation d'écosystèmes xériques et submésiques de P. albicaulis près de la limite nord de la répartition de l'espèce sur le versant sous le vent de la Chaîne Côtière en Colombie-Britannique (Canada). Nous avons comparé les changements dans la composition de la végétation de l'étage supérieur et du sous-étage de ces peuplements aux changements dans des écosystèmes mésiques non composés de pin à écorce blanche dans la même région. Une analyse basée sur la procédure de permutation à réponses multiples (MRPP) a montré que la composition de l'étage supérieur des écosystèmes xériques de pin à écorce blanche est devenue similaire à celle des écosystèmes mésiques; c'est-à-dire qu'il y a eu une augmentation de la dominance d'Abies lasiocarpa ou de Tsuga mertensiana. Toutefois, la composition du sous-étage des peuplements xériques de pin à écorce blanche a peu changé et une régénération de P. albicaulis était maintenue. Les peuplements submésiques de pin à écorce blanche ont développé un couvert forestier dense dominé par T. mertensiana et, bien que la composition de leur sous-étage ne soit pas devenue similaire à celle des écosystèmes mésiques, la régénération de P. albicaulis était minimale. La stabilité du sous-étage des écosystèmes xériques et submésiques de pin à écorce blanche sur une période de 21–29 ans suggère que la composition forestière de ces écosystèmes est résiliente face aux multiples stress et perturbations. Cependant, les perturbations en cours affectant tant l'étage supérieur que le sous-étage de P. albicaulis pourraient tout de même mener à la disparition de cette espèce clé.

Keywords:

• cumulative disturbance
• forest change
• Pinus albicaulis
• resilience

Mots-clés:

• changement forestier
• cumul des perturbations
• Pinus albicaulis
• résilience