Holocene reconstruction of spruce budworm-fire interactions in the mixed boreal forest of Québec (Canada) / Chronologie Holocène de l’interaction entre la tordeuse des bourgeons de l’épinette et les feux dans la forêt mixte du Québec (Canada)

Within the context of a changing climate, multi-millennial reconstructions are fundamental to our understanding of the range of variability in key ecosystem processes such as insect outbreaks and wildfires. Reconstructions spanning the Holocene allow us to observe how natural disturbances have behaved, and interacted in different climate phases and may provide a sustainable forest management framework going forward. However, for our understanding at vast temporal scales to be robust and accurate, we require the use of adequate proxies that have been validated and calibrated. I use the eastern Canadian mixed boreal forest as a model system to validate, and calibrate the use of a novel paleo-proxy, lepidopteran scales, to detect spruce budworm outbreaks in recent history, and then reconstruct spruce budworm, and wildfire events over the course of the Holocene. I demonstrated that lepidopteran scale accumulations in lake surface sediment are able to detect local spruce budworm outbreaks as these achieved high agreement with aerial surveys conducted in the late 20th century (1967-1986; 2010-present). Using the same surface sediment cores, I then assessed whether annually interpolated lepidopteran scale accumulations and tree-ring records both detected local spruce budworm impacts, and if the recorded impacts were synchronous. I demonstrated that each proxy individually identified local spruce budworm impacts at a periodicity of approximately 16 to 32 years coinciding with known outbreak return intervals, and that, when compared to each other, both proxies detected similar outbreak periodicities. Further, I demonstrated that the proxy record signals were relatively synchronous, and that the relationship between the two records suggests that large lepidopteran scale accumulations translate to a greater percentage of affected trees in a stand, and to greater recorded growth suppression i.e., narrower ring-widths. The validation and calibration of this novel proxy therefore provided a more robust and accurate foundation to interpret lepidopteran scale accumulations at multimillennial time scales. Finally, I reconstructed spruce budworm and wildfire events in the mixed boreal forest at lake Buire throughout the Holocene. The frequency of spruce budworm and wildfire events exhibited a negative correlation for the majority of the Holocene suggesting a linked interaction at the millennial and local/extra-local scales where one disturbance inhibits the presence of the other. Further, disturbance event frequencies oscillated during the Holocene following the postglacial establishment ofbalsam fir, and the switch in the dominant disturbance tended to coincide with rapid significant climate change events. The present study advanced our understanding of the long-term range of variability of the main disturbances of the mixed boreal and their interactions. The results of this thesis contribute to the body of knowledge of forest ecology, and disturbance interactions and provide insight into potential frameworks that could be utilized in sustainable forest management. \n \nDans le contexte des changements climatiques, les reconstructions plurimillénaires sont fondamentales à notre compréhension de la variabilité des processus écosystémiques tels que les épidémies d'insectes et les feux de forêt. Les reconstitutions couvrant l'Holocène nous permettent d'observer comment ces perturbations naturelles se sont comportées et ont interagi au cours de différentes phases climatiques et ont le potentiel de fournir un cadre pour la gestion durable des forêts. Cependant, pour que notre compréhension à de vastes échelles temporelles soit robuste et précise, nous devons utiliser des proxys adéquats qui ont été validés et calibrés. J'utilise la forêt boréale mixte de l'est du Canada comme système modèle pour valider et calibrer l'utilisation d'un nouveau paléo-proxy, les écailles de papillon, afin de détecter les épidémies de tordeuse des bourgeons de l'épinette dans l’histoire récente et ensuite de reconstruire les événements liés à la tordeuse et aux feux de forêt au cours de l'Holocène. J'ai démontré que les accumulations d'écailles de papillon dans les sédiments de surface des lacs sont capables de détecter les épidémies locales de la tordeuse, car elles concordent bien avec les relevés aériens effectués à la fin du XXe siècle (1967-1986; 2010-présent). En utilisant les mêmes carottes de sédiments de surface, j'ai ensuite évalué si les accumulations d'écailles de papillon interpolées annuellement et les cernes de croissance détectaient aussi bien les impacts locaux de la tordeuse des bourgeons de l'épinette, et si ces impacts enregistrés étaient synchrones. J'ai démontré que chaque proxy identifiait individuellement les impacts locaux de la tordeuse, coïncidant avec les intervalles des épidémies connues, et que, comparées l'une à l'autre, les deux approximations détectaient des périodicités d'épidémies similaires. De plus, j'ai démontré que les signaux enregistrés par les proxys étaient relativement synchrones. La relation entre les deux proxys suggère que les grandes accumulations d'écailles se traduisent par un plus grand pourcentage d'arbres affectés dans un peuplement, et par des cernes plus étroits. La validation et l'étalonnage de ce nouvel indicateur ont donc fourni une base plus solide et précise pour interpréter les accumulations d’écailles à des échelles de temps plurimillénaires. Enfin, j'ai reconstitué les événements liés à la tordeuse des bourgeons de l'épinette et aux feux de forêt dans la forêt boréale mixte au lac Buire tout au long de l'Holocène. J’ai observé une corrélation négative entre la fréquence des épidémies de la tordeuse et des feux de forêt pendant la majeure partie de l'Holocène, ce qui suggère une interaction liée aux échelles millénaire et locale/extra-locale, où une perturbation inhibe la présence de l'autre. Aussi, la fréquence des perturbations a oscillé au cours de l'Holocène suite à l'établissement postglaciaire du sapin baumier, et que la perturbation dominante semblait être déterminé par des évènements de changements climatique rapides et significatifs. Cette étude a permis de mieux comprendre la variabilité à long terme des principales perturbations de la forêt boréale mixte et leurs interactions. Les résultats de cette thèse contribuent à l’ensemble des connaissances sur l’écologie forestière et les interactions entre les perturbations et donnent un aperçu de cadres potentiels qui pourraient être utilisés dans la gestion durable des forêts.

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