Expansion of forest stands into tundra in the Noatak National Preserve, northwest Alaska

Abstract

AbstractTemperatures across the northern regions of North America have been increasing for 150 years, and forests have responded to this increase. In the Noatak National Preserve in Alaska, white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) forests reach their northern limit, occurring primarily on well-drained sites and as gallery forests along streams. Rolling plateaus of tundra separate the white spruce forests into disjunct stands. We examined patterns of tree age, tree growth, and tree encroachment into tundra ecosystems in six stands along the Agashashok River. Warming over the past 150 years appears to have increased tree growth and resulted in forest expansion into adjacent tundra ecosystems. The forest/tundra ecotone shifted by about 80 to 100 m into the tundra in the past 200 years, as evidenced by declining maximum tree age with distance towards the tundra. The decadal-scale pattern of tree establishment at the farthest extent of trees into the tundra (the tundra-forest ecotone) correlated with the detrended growth index for trees within the forests; climate conditions that led to higher tree growth appeared to foster tree establishment in the tundra. This recent forest expansion has occurred across topographic boundaries, from well-drained soils on slopes onto poorly drained, flatter areas of tundra. Further expansion of the forests may be limited by more severe wind exposure and poor drainage that make the majority of tundra less suitable for trees.Résumé:Au cours des derniers 150 ans, une augmentation de la température a été observée dans les régions nordiques de l'Amérique du Nord, augmentation à laquelle les forêts ont répondu. Dans la Réserve Nationale Noatak, en Alaska, les forêts d'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) atteignent leur limite septentrionale, se trouvant principalement sur les sites bien drainés et en bordure des cours d'eau. Des plateaux de toundra séparent ces forêts d'épinette en peuplements distincts. Les patrons d'âge et de croissance des arbres, ainsi que leur établissement dans les écosystèmes toundriques ont été étudiés dans six peuplements situés le long de la rivière Agashashok. Le réchauffement des derniers 150 ans semble avoir stimulé la croissance des arbres, résultant en une expansion des forêts dans la toundra adjacente. Un déplacement de 80 à 100 m de l'écotone forêt/toundra en direction nord au cours des derniers 200 ans se réflète par une diminution de l'âge maximum des arbres vers la toundra. Le patron décennal d'établissement des arbres est corrélé avec l'indice de croissance des arbres croissant en forêt. Les conditions climatiques ayant entraîné l'augmentation de la croissance des arbres semblent donc avoir prédisposé l'établissement des arbres dans la toundra. Cette expansion récente s'est manifestée à travers des frontières topographiques, à partir de sols sur pentes bien drainées vers les sites mal drainées de la toundra. Une nouvelle expansion des forêts pourrait être limitée par l'exposition à des vents plus violents et par le mauvais drainage, qui rendent la toundra moins favorable à la croissance des arbres.Key Words: Picea glaucatreelineclimate changeMots-clés:: Picea glaucalimite des arbreschangement climatique