Population dynamics of black spruce and white spruce near the arctic tree line in the southern

Black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) is the dominant species in interior Alaska but it is largely absent from the arctic tree line. To evaluate the importance of climate and fire as controls over the species distribution, we re- constructed stand history at three sites near its northern limit in Alaska, where it grows with white spruce (Picea glauca (Moench) Voss). We developed a matrix model to explore black spruce population dynamics and response to varying fire intervals. All sites burned in the early 1900s. High recruitment of black spruce occurred for <30 years fol- lowing the fire, but most current black spruce recruitment is clonal and seed viability is low. White spruce recruitment has been consistently high since the fire, and the majority of seedlings in the stands are white spruce. Despite low re- cruitment, the matrix model suggests that black spruce populations are nearly stable, largely because of low adult mor- tality rates. Although black spruce recruitment is stimulated by fire, the model indicates that fire intervals <350 years would destabilize the population, primarily because of slow growth and low seed production. Population dynamics of black spruce at its northern limit in Alaska thus appear to reflect an interaction between fire, which determines the temporal pattern of tree recruitment, and climate, which limits tree growth and, presumably, viable seed production. Resume : L'epinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP) est l'espece dominante dans la region interieure de l'Alaska mais elle est presque absente a la limite des arbres dans l'Arctique. Pour evaluer l'importance du climat et du feu en tant que facteurs determinants pour la repartition geographique de cette espece, les auteurs ont reconstitue l'historique du peuplement a trois endroits situes pres de sa limite nord en Alaska, ou elle croit avec l'epinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss). Ils ont developpe un modele matriciel pour etudier la dynamique de population de l'epinette noire et sa reaction a differents intervalles entre les feux. Tous les sites ont brule au debut des annees 1900. Le recru- tement d'epinettes noires a ete eleve pendant moins de 30 ans apres le feu mais la plupart des recrus actuels d'epinette noire sont des clones et la viabilite des graines est faible. Le recrutement d'epinettes blanches est demeure constamment eleve depuis le feu et la majorite des semis presents dans les peuplements sont des epinettes blanches. Malgre un faible recrutement, le modele matriciel indique que les populations d'epinette noire sont presque stables, en grande partie a cause du faible taux de mortalite chez les adultes. Bien que le feu stimule le recrutement de l'epinette noire, le modele indique que des intervalles entre les feux plus courts que 350 ans destabilizeraient la population, principalement a cause du faible taux de croissance et de la faible production de graines. La dynamique de population de l'epinette noire a sa li- mite nord en Alaska semble donc refleter une interaction entre le feu, qui determine le patron temporel de recrutement des arbres, et le climat, qui limite la croissance des arbres et, vraisemblablement, la production de graines viables. (Traduit par la Redaction) Lloyd et al. 2081