Effects of spacing and herbaceous hydroseeding on water stress exposure and root development of poplars planted in soil-covered waste rock slopes

ABSTRACT

Root development is important to ensure tree survival in conditions of water stress. Despite their long-recognized role, little attention has been given to their development on waste rock slopes subject to rapid drainage. This study was conducted in an open-pit gold mine in a boreal forest. Its main objective was to establish a plantation design with a moderate level of competition for water resources on a waste rock slope. A hybrid poplar plantation was established in May 2013 on a soil-covered waste rock slope of 33%. The experimental design included three different poplar spacings: 1 × 1 m, 2 × 2 m without herbaceous seeding, 2 × 2 m with herbaceous seeding and 4 × 4 m. The poplars responded to increased competition resulting from closer spacing and herbaceous seeding by investing less energy in diameter and height growth. Poplar individuals that were subject to high levels of competition were able to acclimatize to water stress conditions by increasing root length density and specific root length and by reducing above-ground biomass. This study indicates that some clones of hybrid poplar showing phenotypic plasticity in the ratio of above- and belowground growth can be adapted for short-term revegetation of mine sites.

RÉSUMÉ

Le développement racinaire joue un rôle crucial dans la survie des arbres en conditions de stress hydrique, mais reste peu étudié sur des stériles miniers sujets à un drainage rapide. Cette étude a été réalisée dans une mine d’or à ciel ouvert en forêt boréale. L’objectif principal était d’établir un design de plantation avec un niveau modéré de compétition pour les ressources hydriques sur une pente de stériles. Ainsi, une plantation de peuplier hybride a été installée en mai 2013 sur une pente de stériles ayant une inclinaison de 33% et recouverte de sol. Le dispositif expérimental comprenait trois espacements entre les peupliers (1 x 1, 2 × 2 et 4 × 4 m), avec un ensemencement herbacé combiné ou non à la plantation espacée de 2 × 2 m. Les peupliers ont répondu à l’intensification de la compétition résultant d’un plus faible espacement (1 x 1) et d’ensemencement herbacé en diminuant leur investissement dans la croissance en diamètre et en hauteur. Les arbres soumis à un niveau de compétition élevé se sont acclimatés en augmentant leur longueur racinaire par volume de sol et leur longueur par unité de masse racinaire, et en réduisant leur biomasse aérienne. Cette étude indique que certains clones de peuplier hybride montrant une plasticité phénotypique du rapport développement aérien/souterrain peuvent être adaptés à la végétalisation à court terme de sites miniers.

KEYWORDS:

• mine reclamation
• mine revegetation
• mine waste rock
• water stress slopes
• fast-growing tree
• root development

MOTS CLÉS:

• réhabilitation de sites miniers
• végétalisation de sites miniers
• stériles miniers
• pentes bien drainées
• arbre à croissance rapide
• développement racinaire

Acknowledgments

The authors would like to thank the research technician and undergraduate students who contributed to the collection of field data: Avril Jobin, Charles Frenette-Vallières, Sara Gervais, Antoine Beaulieu, Maguelonne Rajot and Liam Boivin.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This work was funded by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC; grant number RDCPJ 462610-13) and the Canadian Malartic Partnership .