Development of White Spruce Tree Islands in the Shrub Zone of the Forest-tundra

The growth of four white spruce (Picea glauca) clonal islands ranging in age from ca. 98 years to more than 400 years was investigated in the shrub zone of the forest-tundra east of Churchill, Manitoba, Canada. The elongation of 20 similar-aged stems in each of the three youngest islands was monitor...

Full description

Bibliographic Details
Published in:ARCTIC
Main Authors: Scott, Peter A., Hansell, Roger I.C.
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: The Arctic Institute of North America 2002
Subjects:
Online Access:https://journalhosting.ucalgary.ca/index.php/arctic/article/view/63765
Description
Summary:The growth of four white spruce (Picea glauca) clonal islands ranging in age from ca. 98 years to more than 400 years was investigated in the shrub zone of the forest-tundra east of Churchill, Manitoba, Canada. The elongation of 20 similar-aged stems in each of the three youngest islands was monitored during 1988 and 1989, along with ground and air temperatures. Stems in the younger islands showed a more flexible response to both daily and annual variation in temperature. Younger islands showed faster recovery from frost events during elongation and longer periods of elongation in cooler years. Early spring warming that caused snowmelt to occur before the growing season appeared to result in moisture stress later in the period of elongation. In stems of spruce shrub, the branches are concentrated near ground level because growth is slow and adventitious buds develop on the stem after repeated loss of stem terminals through snow abrasion. In young trees, shading and increased moisture from trapped snow coincide with feather moss establishment and a deep active layer, resulting in higher ground temperatures and faster tree growth. It is during this early period of development that a tree may be best able to develop an erect stem. In later development, the lowest branches of trees become appressed, grow roots, and become second-order stems, and this process continues outward from the central stem. In older tree islands, peat accumulation and needle abrasion can lead to conditions less favourable for growth and maintenance of needles. Consequently, the canopy may thin, which reduces its ability to trap snow. When snow cover is reduced, lichen-heath establishes and permafrost intrudes into the mound. Subsequent growth of the secondary stems on the mound may be too slow to enable successful development of an erect stem. Thus, island development is largely dependent on changing ground temperatures, which become colder as peat accumulates and frost heaving elevates the mound. Warm spring and summer conditions appear to lead to unfavourable conditions for tree islands. On a étudié la croissance de quatre îlots de clones d'épinettes blanches (Picea glauca) dont l'âge allait d'environ 98 à plus de 400 ans, situés dans la zone de végétation arbustive de la toundra forestière, à l'est de Churchill (Manitoba) au Canada. En 1988 et 1989, on a surveillé l'élongation de vingt tiges du même âge dans chacun des trois plus jeunes îlots ainsi que la température du sol et celle de l'air. Les tiges des plus jeunes îlots réagissaient avec plus de souplesse aux variations de température quotidienne comme annuelle. Les îlots les plus jeunes affichaient une aptitude à la réparation plus rapide suite à des périodes de gel durant l'élongation, ainsi que des périodes d'élongation plus longues durant les années plus fraîches. Un réchauffement printanier précoce provoquant la fonte des neiges avant la saison de croissance semblait résulter en une tension hydrique plus tard durant la période d'élongation. Sur les troncs d'épinettes arbustives, les branches sont concentrées près du niveau du sol en raison de la lenteur de la croissance et du développement de bourgeons adventifs sur le tronc après la perte répétée des terminaisons de tiges causée par l'abrasion nivale. Chez les jeunes arbres, l'ombrage et l'augmentation d'humidité provenant de la neige emprisonnée coïncident avec l'établissement d'hypnacées et une épaisse couche active, ce qui résulte en des températures au sol plus élevées et une croissance des arbres plus rapide. C'est durant cette phase initiale de développement qu'un arbre se révèle capable de développer un tronc droit. Au cours de la croissance ultérieure, les branches les plus basses deviennent appressées, prennent racine, devenant troncs secondaires, et le processus se poursuit en rayonnant à partir du tronc central. Dans les îlots d'arbres plus vieux, l'accumulation de tourbe et l'abrasion des aiguilles peuvent aboutir à des conditions moins favorables pour la croissance et le maintien des aiguilles. Il en résulte que le houppier peut s'éclaircir, ce qui réduit sa capacité à emprisonner la neige. Quand le couvert nival est réduit, il s'établit une bruyère à lichens et le pergélisol pénètre dans le monticule. Il peut arriver que la croissance ultérieure des tiges secondaires sur le monticule soit trop lente pour permettre le développement d'un tronc droit. Le développement d'un îlot est donc en grande partie dépendant de la variabilité de la température au sol, qui baisse à mesure que s'accumule la tourbe et que le gonflement dû au gel soulève le monticule. Il semble qu'un printemps chaud et la saison estivale résultent en des conditions défavorables pour les îlots arbustifs.