Origin and long-term dynamics of a subarctic tree line¹

1 Guest Editor: Yves Bergeron.

Abstract:

The basic unit of the forest-tundra landscape is a toposequence extending from a wet, forested valley to a xeric, deforested hilltop; the contact zone between these two environments being called a subarctic tree line. Dendrochronological analysis of living, dead, and subfossil black spruce, and radiocarbon dating of peat samples were used to reconstruct the dynamics of a subarctic tree line since its post-fire origin about 1000 y ago. Fire is not the sole disturbance to have influenced the dynamics of the toposequence. A regional-scale flooding event ca. 1120 AD killed many black spruce trees, growth of permafrost during the Little Ice Age, and its subsequent degradation in the 20^th century, also had major consequences. The climate was favourable to black spruce growth between ca. 300 and 1100 AD, as evidenced by large growth rings and tree growth forms. Ring widths then decreased markedly between the 12^th and 19^th centuries and trees were replaced by stunted growth forms. Although climate warming during the 20^th century resulted in increased ring widths, black spruces have still not produced tree growth forms, a necessary condition for viable seed production and eventual re-colonization of deforested hilltops.

Résumé:

L’unité de base du paysage de la toundra forestière est une toposéquence incluant un bas de pente humide et boisé et un sommet de colline sec et déboisé. La zone de contact entre ces deux milieux constitue une limite d’arbres subarctique. L’analyse dendrochronologique d’épinettes noires vivantes, mortes et subfossiles et la datation au radiocarbone d’échantillons de tourbe ont été utilisées afin de reconstituer la dynamique d’une limite d’arbres subarctique depuis son origine post-incendie il y a environ 1000 ans. Le feu n’est pas la seule perturbation à avoir affecté la dynamique de la toposéquence. Une inondation d’ampleur régionale survenue vers 1120 après J.-C. a causé la mort de plusieurs épinettes noires. La formation du pergélisol durant le Petit Âge Glaciaire et sa dégradation subséquente au XX^e siècle ont également eu des conséquences majeures. Le climat a été favorable à la croissance de l’épinette noire entre environ 300 et 1100 après J.-C., tel que démontré par les cernes de croissance larges et les formes de croissance érigées. La largeur des cernes de croissance a ensuite diminué de façon appréciable entre les XII^e et XIX^e siècles et les arbres ont été remplacés par des formes de croissance prostrées. Même si le réchauffement climatique du XX^e siècle a résulté en une augmentation de la largeur des cernes de croissance, les épinettes noires n’ont toujours pas produit de forme de croissance érigée, une condition sine qua non à la production de graines viables et à la re-colonisation éventuelle des sommets de collines déboisés.

Key words::

• black spruce
• climate change
• dendrochronology
• fire
• flooding
• permafrost
• Picea mariana
• subarctic tree line
• toposequence

Mots-clés::

• changement climatique
• dendrochronologie
• épinette noire
• feu
• inondation
• limite d’arbres subarctique
• pergélisol
• Picea mariana
• toposéquence

Nomenclature::

• Crum & Anderson
• 1981
• Marie-Victorin
• 1995
• Brodo
• Sharnoff & Sharnoff
• 2001

Notes

1 Guest Editor: Yves Bergeron.