Origin and plant species diversity of high-altitude tundra summits across the boreal forest zone in eastern Canada

Abstract

Many high-altitude summits across the boreal forest zone of Quebec are colonized by tundra vegetation. In this study, the origin and plant composition of these remote, isolated tundra summits have been documented to link their nature and floristic diversity to several potential causal factors. Analysis of spruce macrocharcoal pieces distributed at the soil surface indicates that wildfire is the chief factor behind the creation of the tundra summits across the boreal forest zone. All of the summits were deforested by fire during 2 main periods of the Holocene, around 100–500 cal y BP and 1150–1600 cal y BP. However, fire activity seems to have little influence on vegetation composition and diversity of post-fire tundra summits; latitudinal position and surface area are the main driving factors influencing floristic diversity. Given the remoteness of the sources of the arctic-alpine flora and young age of tundra summits associated with recent deforestation, only a small number of arctic-alpine species are colonizing the sites. Because of the regional dominance of boreal flora composed of common and widespread species adapted to nutrient-poor soils, it is probable that arctic—alpine species located on the tundra summits will go extinct in a warmer world promoting forest recovery.

Résumé

Plusieurs hauts sommets de la zone de la forêt boréale du Québec sont couverts par une végétation de toundra. L'origine et la composition botanique de ces hauts sommets de toundra, le plus souvent isolés, ont été étudiées afin de relier leur nature et leur diversité floristique à différents facteurs écologiques. D'après la répartition de macrocharbons à la surface du sol, le feu semble être le principal facteur responsable de la présence d'une toundra de haut sommet au sein de la zone de la forêt boréale. Tous les sommets étudiés ont été déboisés par le feu au cours de 2 périodes principales de l'Holocène, vers 100–500 années étalonnées BP et 1150–1600 années étalonnées BP. Cependant, la composition botanique et la diversité floristique de ces toundras d'altitude sont davantage influencées par leur position latitudinale et la surface qu'elles occupent que par l'activité des feux. Un petit nombre seulement d'espèces arctiques-alpines colonisent les hauts sommets de toundra probablement à cause de l'éloignement des sources de diaspores nordiques et le jeune âge des sites. Étant donné la dominance de la flore boréale qui comprend surtout des espèces communes ayant une vaste répartition géographique et qui sont adaptées à des sols déficients en éléments nutritifs, il est plus que probable que les espèces arctiques-alpines des hauts sommets de toundra seront vouées à l'extinction advenant un climat favorable à l'expansion de la forêt.

Keywords:

• arctic-alpine species
• boreal forest
• deforestation
• fire
• island biogeography
• plant diversity
• tundra

Mots-clés:

• biogéographie insulaire
• déforestation
• diversité floristique
• espèces arctiques-alpines
• feu
• forêt boréale
• toundra