Linking radial growth patterns and moderate‐severity disturbance dynamics in boreal old‐growth forests driven by recurrent insect outbreaks: A tale of opportunities, successes, and failures

In boreal landscapes, emphasis is currently placed on close-to-nature management strategies, which aim to maintain the biodiversity and ecosystem services related to old-growth forests. The success of these strategies, however, depends on an accurate understanding of the dynamics within these forests. While moderate-severity disturbances have recently been recognized as important drivers of boreal forests, little is known about their effects on stand structure and growth. This study therefore aims to reconstruct the disturbance and post-disturbance dynamics in boreal old-growth forests that are driven by recurrent moderate-severity disturbances. We studied eight primary old-growth forests in Quebec, Canada, that have recorded recurrent and moderately severe spruce budworm (Choristoneura fumiferana [Clem.]) outbreaks over the 20th century. We applied an innovative dendrochronological approach based on the combined study of growth patterns and releases to reconstruct stand disturbance and post-disturbance dynamics. We identified nine growth patterns; they represented trees differing in age, size, and canopy layer. These patterns highlighted the ability of suppressed trees to rapidly fill gaps created by moderate-severity disturbances through a single and significant increase in radial growth and height. Trees that are unable to attain the canopy following the disturbance tend to remain in the lower canopy layers. This combination of a low stand height typical of boreal forests, periodic disturbances, and rapid canopy closure often resulted in stands constituted mainly of dominant and codominant trees, similar to even-aged forests. Overall, this study underscored the resistance of boreal old-growth forests owing to their capacity to withstand repeated moderate-severity disturbances. Moreover, the combined study of growth patterns and growth release demonstrated the efficacy of such an approach for improving the understanding of the fine-scale dynamics of natural forests. The results of this research will thus help develop silvicultural practices that approximate the moderate-severity disturbance dynamics observed in primary and old-growth boreal forests. Dans les paysages boreaux, l'accent est desormais mis sur des strategies de gestion proches de la nature afin de maintenir la biodiversite et les services ecosystemiques lies aux vieilles forets. Le succes de ces strategies depend toutefois d'une comprehension fine de la dynamique de ces forets. Les perturbations de severite moderee ont ainsi ete recemment reconnues comme etant d’importants moteurs de la dynamique des forets boreales, mais l’on sait encore peu de choses de leur influence sur la structure et la croissance des peuplements. Par consequent, l'objectif de cette etude est de reconstruire les dynamiques de perturbation et post-perturbation dans les vieilles forets boreales causees par des perturbations recurrentes de severite moderee. Nous avons etudie huit vieilles forets primaires au Quebec, Canada, ayant enregistre des epidemies de tordeuse des bourgeons de l'epinette (Choristoneura fumiferana [Clem.]) recurrentes et de severite moderee au cours du 20eme siecle. Nous avons utilise une approche dendrochronologique innovante combinant l’etude des patrons et des reprises de croissance pour reconstruire la dynamique de perturbation et post-perturbation de ces forets. Nous avons identifie neuf patrons de croissance, observes dans des arbres d'âge, de taille ou de strate de canopee differents, indiquant des dynamiques particulieres. Ces patrons ont mis en evidence la capacite des arbres opprimes a rapidement combler les trouees dans la canopee en un unique et significatif accroissement de circonference et de hauteur. En revanche, les arbres deja situes dans la canopee ont eu peu d'influence sur la fermeture de ces trouees. En consequence, les arbres dominants et codominants etaient les plus frequents dans la canopee. Les resultats de cette etude soulignent la resistance des vieilles forets boreales aux perturbations recurrentes et de severite moderee, car les arbres du sous-etage peuvent rapidement combler les trouees qui en resultent. Cependant, les arbres incapables d’atteindre le sommet de la canopee a la suite d’une perturbation resteront ensuite souvent dans les strates inferieures de la canopee. La combinaison de la faible hauteur des arbres typique des forets boreales, des perturbations periodiques et de la rapide fermeture des trouees forme des peuplements avec une structure verticale ressemblant a celle des forets equiennes. Globalement, cette etude souligne la resistance des vieilles forets boreales en raison de leur capacite a supporter des perturbations repetees de severite moderee. De plus, l’etude combinee des patrons et des reprises de croissance demontre l’efficacite de cette approche pour reconstruire la dynamique a echelle fine des forets naturelles. Les resultats de cette recherche contribueront ainsi a developper des pratiques sylvicoles analogues a la dynamique de perturbation de severite moderee observee dans les vieilles forets primaires des paysages boreaux.