Frost hollows of the boreal forest as extreme environments for black spruce tree growth

Goulwen Dy, Serge Payette
2007 Canadian Journal of Forest Research  
An extensive survey of spruce growth forms was conducted in frost hollows of the Parc national des Grands-Jardins located in the highlands of the Charlevoix region (Quebec). Frost hollows studied were situated within lichen woodlands, which are a favourable environment for the formation of cold air masses. The mean number of frosts recorded 1 m aboveground during the growing seasons of 1997-2002 indicates that there is no frost-free period in frost hollows. Based on the records of minimum
more » ... ature in two frost hollows, the critical threshold for frost-ring formation is a nocturnal temperature below 0 8C for 6.4 h with a climax at around -5.7 8C, i.e., at a cooling rate of 1.78 8C/h under the freezing point for at least 3.2 h. Frequent and severe nocturnal frosts slow down the colonization of black spruce in frost hollows, and are at the origin of the inverted tree line that surrounds frost hollows. Mean stem height of black spruce in frost hollows is 1.97 m ± 2.15. A comparative analysis of aerial photographs between 1950 and 1996 showed a 34% reduction in frost hollow area due to the progressive colonization of black spruce. Massive tree establishment occurred in frost hollows between 1970 and 1980 because of the reduced frequency of freezing temperatures during the growing season. Re ´sume ´: On a proce ´de ´a 'un inventaire de ´taille ´des formes de croissance de l'e ´pinette noire colonisant les cuvettes de gel du Parc national des Grands-Jardins de la re ´gion de Charlevoix (Que ´bec). Les cuvettes de gel e ´tudie ´es sont toutes localise ´es dans des pessie 'res a 'lichens, qui constituent un milieu favorable a 'la formation de masses d'air froid. Le nombre moyen de gels enregistre ´s a '1 m au dessus du sol de 1997 a '2002 est tel qu'on peut affirmer qu'il n'existe pas de pe ´riode sans gel dans les cuvettes de gel au cours de l'e ´te ´. D'apre 's les donne ´es de tempe ´rature minimale enregistre ´e dans deux cuvettes de gel, le seuil critique de formation de cernes de gele ´e est une tempe ´rature nocturne sous le point de conge ´lation pendant 6,4 h avec une pointe ne ´gative de tempe ´rature de l'ordre de -5,7 8C, soit a 'un taux de refroidissement horaire de 1,78 8C pendant au moins 3,2 h. Des gele ´es nocturnes fre ´quentes et se ´ve 'res diminuent conside ´rablement la colonisation de l'e ´pinette dans les cuvettes de gel et semblent e ˆtre le principal facteur responsable de la formation d'une limite des arbres inverse ´e. La hauteur moyenne des tiges d'e ´pinette noire colonisant les cuvettes de gel est de 1,97 m ± 2,15. Une analyse compare ´e des photographies ae ´riennes prises en 1950 et en 1996 montre une diminution de 34 % de la surface occupe ´e par les cuvettes de gel a 'cause de la colonisation progressive de l'e ´pinette noire. L'e ´pinette noire s'est e ´tablie en masse dans les cuvettes de gel entre 1970 et 1980 vraisemblablement a 'cause d'une faible fre ´quence de basses tempe ´ratures au cours de la saison de croissance.
doi:10.1139/x06-235 fatcat:xojoirqfyne3taasty7ldkhqcm