How do forest harvesting methods compare with wildfire? A case study of soil chemistry and tree nutrition in the boreal forest

摘要

An important tenet of the natural disturbance paradigm as a basis for sustainable forest management is that impacts of interventions fall within the range of natural variation observed for the disturbance in question. We evaluated differences in soil nutrients, soil acid-base status, and tree nutrition between two harvesting methods (whole-tree (WTH) and stem-only (SOH)) and wildfire, 15-20years after disturbance, to assess whether these harvesting methods have biogeochemical impacts that are within the natural range of variation caused by wildfires in boreal coniferous stands of Haute-Mauricie (Quebec). Both SOH and WTH created conditions of forest floor effective cation-exchange capacity, exchangeable Ca and K concentrations, base saturation, Ca:Al molar ratio, and organic C concentrations that were lower than the range of values for wildfires. We hypothesize that the immediate deposition of soluble base cations and the incorporation of recalcitrant organic matter that characterize wildfires generate biogeochemical conditions that are not emulated by either harvesting method. The improved soil nutritional environment after wildfire compared with SOH and WTH was reflected in jack pine (Pinus banksiana Lamb.) foliar nutrient composition but not in black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) foliage. The results raise uncertainties about the long-term base nutrient availability of the harvested sites on Boreal Shield soils.L'un des principes importants du paradigme sur les perturbations naturelles en tant que base de l'aménagement forestier durable est que les impacts des interventions humaines doivent respecter la gamme de variation créée par les perturbations naturelles. Nous avons évalué, 15 à 20 ans après perturbation, les différences entre deux procédés de récolte (coupe par arbre entier et coupe par tronc entier) et des feux de forêt quant à leurs effets sur les éléments nutritifs et le statut d'acidité-alcalinité du sol, ainsi que sur la nutrition des arbres. Nous voulions juger dans quelle mesure les impacts biogéochimiques des procédés de récolte sont dans la gamme naturelle de variation créée par les incendies de forêt dans des peuplements conifériens boréaux de la Haute-Mauricie (Québec). Les deux procédés de récolte ont créé dans la couverture morte des conditions de capacité d'échange cationique effective, de concentrations en Ca et K échangeables, de saturation en bases, de ratio molaire Ca:Al et de concentration en C organique qui étaient inférieures à la gamme de valeurs mesurées dans les sites de feu. Nous émettons l'hypothèse que le dépôt soudain de cations basiques solubles et l'incorporation de matière organique récalcitrante qui caractérisent les incendies forestiers génèrent des conditions biogéochimiques qui ne peuvent être imitées par aucun des procédés de récolte. L'environnement nutritionnel plus favorable dans les sites de feu par rapport aux sites de coupe s'est reflété dans la nutrition foliaire du pin gris (Pinus banksiana Lamb.), mais non dans celle de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP). Les résultats soulèvent des incertitudes quant à la disponibilité à long terme des cations basiques dans le sol des sites du bouclier boréal qui sont soumis à la récolte.