Since vegetation exerts strong controls on local ecosystem processes, understanding the effects of disturbance on short-term and long-term revegetation patterns is a critical component of understanding the effects of climate change on the Arctic. Arctic landscapes underlain by massive ground ice and ice-rich permafrost are inherently unstable and often display evidence of past and present thaw subsidence. Retrogressive thaw slumps are permafrost thaw features which are progressively backwasting and tend to go through cycles of activity, resulting in dramatic changes to the landscape. The cyclic pattern of disturbance and stabilization related to these thaw slumps results in a patchy tundra landscape where there are easily identifiable geomorphic units reflecting the stage of stabilization and the time since disturbance. This research investigates natural revegetation and patterns of succession following permafrost disturbance by retrogressive thaw slumps on Herschel Island, Yukon. With future warming expected, the presence and areal extent of thaw slumps on Herschel Island and the Yukon North Slope are predicted to increase. The research objectives of this work include determining the diagnostic features of disturbed surfaces, describing the vegetation succession following thaw slump disturbance, and creating a baseline vegetation dataset for future comparison. Seven sites were chosen for the study, representing undisturbed areas in addition to 250 year old, 20 year old, and 10 year old stabilized thaw slumps. Species presence, diversity, and cover are used to describe the plant community. Percent cover vegetation data are analyzed using non-metric multidimensional scaling (NMDS), multi-response permutation procedures (MRPP), and hierarchical clustering analysis (HCA). Indicator species are identified for each age class, and the pH, organic matter content, active layer depth, and gravimetric water content of each age class' soil are presented. Results indicate that distinct vegetation communities and soil characteristics are associated with each age class, with the least differentiation occurring between the 10 and 20 year old sites. The observation that after 250 years the stabilized slump area does not support the same vegetation community as the undisturbed tundra has important implications for the complex biotic relationships of the Western Arctic. These findings suggest that if future climate warming leads to an increase in the number of retrogressive thaw slumps, the species composition of the area will be altered and certain plant species may become scarcer. / La végétation exerce des contrôles puissants sur le fonctionnement des écosystèmes. Comprendre les effets des perturbations sur les motifs de revégétalisation à court et long terme est donc un élément crucial dans la compréhension des effets des changements climatiques sur l'Arctique. Les paysages Arctiques qui reposent sur des dépôts massifs de glace souterraine et de pergélisol riche en glace sont essentiellement instables et montrent souvent des signes de subsidence dus au dégel dans le passé et dans le présent. Les glissements rétrogressifs dus au dégel sont des traits caractéristiques du retrait progressif des glaces et ont tendance à entrer dans des cycles d'activités, pouvant amener des changements drastiques au paysage. Les motifs cycliques des perturbations et stabilisations reliées à ces glissements dus au dégel donnent comme résultat un paysage de toundra inégal où les unités géomorphologiques reflétant l'étape de stabilisation et le moment de la perturbation sont facilement identifiables. Ce projet mène une enquête sur la revégétalisation naturelle et les motifs de succession suite à des perturbations dues à des glissements rétrogressifs dus au dégel sur l'Île Herschel au Yukon. Vue le réchauffement prévu dans le future, la présence et superficie des glissements dus au dégel sur l'Île Herschel et du Versant nord du Yukon sont prévus d'augmenter. Les objectifs de recherche de ce projet sont de déterminer les caractéristiques diagnostiques des surfaces perturbées, de décrire la succession de la végétation suite au glissement dû au dégel, et de créer une base de données référant à la végétation qui pourra servir lors de comparaisons futures. Sept sites ont étés choisis pour ce projet, représentant des zones non-perturbées ainsi que des zones de glissements dus au dégel stabilisés depuis 250 ans, 20 ans, et 10 ans. La présence des espèces, la diversité et la couverture ont été utilisés afin de décrire la communauté végétale. Les données sur le pourcentage de couverture végétale ont étés analysés avec le positionnement multidimensionnel non-métrique (NMDS), le multi-response permutation procedures (MRPP), et la classification ascendante hiérarchique (CAH). Les espèces indicatrices ont été identifiés selon leur classe d'âge, et pour chacune le pH, le contenu de matière organique, la profondeur de la couche active et la teneur en eau pondérale du sol sont présentés. Les résultats indiquent que les communautés végétales et caractéristiques du sol distinctes sont associées à chaque classe d'âge, la différentiation la moins importante ayant lieu à l'intervalle des sites de 10 et 20 ans. L'observation qu'après 250 ans la zone de glissement stabilisée ne supporte plus la même communauté végétale que les zones non-perturbées de la toundra a des implications importantes pour notre compréhension des relations biotiques complexes dans l'Arctique de l'ouest. Ces résultats suggèrent que si le réchauffement climatique futur mène à une augmentation des glissements rétrogressifs dus au dégel, la composition des espèces sera modifiée et certaine espèces végétales pourraient devenir plus rare.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114343 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Cray, Heather |
| Contributors | Wayne H Pollard (Internal/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 | Master of Science (Department of Geography) |
| 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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