Understanding tree species distributions and dynamics in northern boreal forests is necessary for appropriate societal action and response to critical issues such as climate change, increased economic development of northern natural resources, and the collateral damage to cultures of indigenous communities. Northern tree species are expected to be sensitive to ongoing and anticipated climate change. Due to their remoteness and lack of a history of management-oriented research, information that is available for temperate areas, such as species distribution maps, soils, and climatology is often poorly quantified in the North. Consequently, our understanding of the factors controlling tree species northern distributional limits (NDL) and our ability to predict how future environmental change will affect their range distributions is limited. Moreover, very little attention has been devoted to understanding the dynamics of the few broadleaf tree species, such as trembling aspen, which are important components of northern boreal forest systems, from both an ecological and an economical perspective.This thesis was inspired by observations of aspen growing in uncharacteristic abundance near the extremes of its NDL in Quebec in conjunction with the pressing need to answer questions regarding how individual boreal tree species may respond to current and future environmental change. Here, I investigate the factors driving the variation in observable patterns of aspen distribution and abundance at regional and landscape scales in the James Bay area of northwestern Quebec, as well as the influence of a range of ecological conditions on aspen growth. The four specific objectives of this research were: (i) to map aspen's regional distribution and abundance using a combination of field, GIS, and remote sensing techniques, (ii) to determine how aspen height growth responds to change in environmental conditions across a broad latitudinal gradient from 46° to 54°N latitude, (iii) to determine the factors organizing vegetation community composition in and around aspen-dominated communities at the landscape scale, and (iv) to explore the influence of specific environmental factors on aspen abundance at the landscape scale near aspen's NDL.The key scientific merits of this thesis are: (i) creation of baseline data characterizing aspen's geographic range and associated land cover in northwestern Quebec to allow for more accurate comparative and quantitative studies now and in the future, (ii) development and application of a new method for rapid extraction of land cover classification data in remote areas, (iii) demonstration that the regional scale pattern of aspen occupancy in the James Bay area of QC appears influenced by anthropogenic driven disturbance, (iv) demonstration that aspen's NDL in QC is not predominately governed by harsh climate, thus highlighting the need for more in depth species specific research on determinants of range limits, and the subsequent factors most appropriate for use in predictive modelling of future tree species' distributions, and (v) demonstration that gradients related to soil moisture and soil fertility best characterize forest composition and structure at the landscape scale in the study area, while aspen abundance, in particular, is associated with soils high in K, and inland areas where fire events are more frequent than those on the coast. Together these tools and findings suggest that identifying and understanding species' distribution and abundance patterns is complex and a further grasp of change in species specific patterns across their entire ranges is necessary to make informed forest management decisions and predict future outcomes. / Une meilleure compréhension de la dynamique et de la répartition des espèces d'arbres en forêt boréale permettra d'intervenir socialement de façon plus appropriée face aux pressions exercées par les changements climatiques et par le développement accru du Nord, en plus de limiter les effets néfastes de ces pressions sur les communautés autochtones. Les espèces d'arbres nordiques peuvent s'avérer sensibles aux changements climatiques. Or, les données sur la répartition des espèces, la climatologie et les sols sont souvent manquantes en milieux nordiques étant donné l'isolement et le manque de recherche sur la gestion de ces milieux. En conséquence, notre compréhension des facteurs contrôlant les limites nordiques de répartition des espèces ligneuses et notre capacité à prédire les effets des changements environnementaux sur leurs aires de répartition sont limités. Les dynamiques des essences d'arbres feuillus tels que le peuplier faux-tremble ont été très peu étudiées malgré la très grande importance écologique et économique de ces espèces pour l'écosystème forestier boréal.Ce projet, initié suite à l'observation de quantités surprenantes de peupliers à la limite nordique de répartition de l'espèce au Québec, vise à améliorer les connaissances sur la réponse possible des espèces d'arbres boréales face aux changements environnementaux présents et futurs. J'étudie les facteurs contrôlant la répartition du peuplier dans la région de la Baie James du nord-ouest québécois et j'évalue l'influence d'un nombre de conditions écologiques sur la croissance du peuplier. Les objectifs de cette étude étaient de (i) cartographier, avec l'aide d'un SIG, la répartition et l'abondance régionale du peuplier en utilisant des données de terrain et de télédétection, (ii) déterminer de quelle façon la croissance du peuplier varie en fonction d'un large gradient de latitude (de 46° à 54°N), (iii) au niveau du paysage, déterminer les facteurs responsables de l'organisation et de la composition des communautés végétales dominées par le peuplier, et des communautés environnantes, (iv) explorer l'influence de facteurs environnementaux spécifiques au niveau du paysage sur l'abondance du peuplier près de la limite nordique de sa répartition. Les contributions scientifiques principales de cette thèse sont : (i) l'obtention de données sur la répartition géographique et la couverture terrestre du peuplier dans le nord-ouest du Québec qui pourront servir de base à des études comparatives et quantitatives plus précises, (ii) le développement et l'application d'une nouvelle méthode pour l'extraction rapide de classification de la couverture terrestre dans des régions éloignées, (iii) la démonstration que les patrons de répartition du peuplier à l'échelle régionale dans la région de la Baie James sont influencés par des perturbations anthropiques, (iv) la démonstration que la limite nord de répartition du peuplier au Québec n'est pas contrôlée principalement par le climat. Cette observation met en évidence le besoin d'effectuer des recherches plus approfondies sur les facteurs déterminant les limites de répartition, et d'évaluer lesquels permettront de prédire de façon précise la répartition future des espèces d'arbres, (v) la démonstration que les gradients liés à l'humidité et à la fertilité du sol caractérisent la composition et la structure de la forêt à l'échelle du paysage. De façon particulière, le peuplier est associé à des sols avec des teneurs élevées en potassium et à des sites éloignés des côtes où les feux sont moins fréquents. La mise en commun de ces outils et de ces résultats suggère que l'identification et la compréhension des patrons d'abondance et de répartition des espèces sont complexes. Plus de connaissances sur les patrons complets des aires de répartition spécifiques à chaque espèce sont nécessaires afin de prendre de meilleures décisions relatives à l'aménagement forestier et pour prédire les impacts futurs de ces décisions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121316 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Whitbeck, Kristen |
| Contributors | James W Fyles (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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