Dendroecology and climatic impacts for a relict, old-growth, bog forest in the Ridge and Valley Province of central Pennsylvania, U.S.A.

We report on the 440-year dendrochronological history of a relict, bog forest in the Ridge and Valley Province of central Pennsylvania that contains extreme southern, disjunct populations of Picea mariana (Mill.) BSP and Abies balsamea (L.) Mill. The forest is dominated by Tsuga canadensis (L.) Carr. (49% relative importance value), Picea mariana (16%), and Acer rubrum L. (15%). The few remaining Abies balsamea trees are in a advanced state of decline. Many Nyssa sylvatica Marsh. and T. canadensis trees recruited from 1560 and 1700, respectively, until 1890. However, the majority of the other tree species recruited during a 40-year period following selective logging of the forest in the 1890s and fires in about 1900 and 1914. We found a scarcity of tree saplings and no evidence of recruitment into the tree-size class for any species after 1950. The master tree-ring chronology for both N. sylvatica and T. canadensis exhibits a marked increase after the 1890s logging and a decrease after a 1900 fire. In addition, a large number of releases in individual tree chronologies occurred over the last 400 years, indicating the frequent occurrence of small-scale disturbances. Tree-ring growth during the 20th century was reduced by droughts and cool temperatures in the 1920s and in the early to middle 1960s. Abies balsamea cores exhibit a marked growth decline in 1986. Tsuga canadensis growth was very low between 1970 and 1998, despite a generally warm and wet climate during that time. Picea mariana had a dramatic increase in growth during very warm and wet climate between 1995 and 1998. Most Abies balsamea trees have reached their pathological age of 50-85 years and have active Armillaria root rot, insect infestations, and very poorly developed crowns. These symptoms or severe growth declines are not present in Picea mariana. It appears that the 10 000 year history of Abies balsamea presence at Bear Meadows will end soon, with no opportunity to reestablish itself because of the lack of a local seed source. The results of this study suggest that relict tree populations in the eastern United States may be particularly sensitive to direct and indirect anthropogenic impacts and climatic variations, and represent important benchmarks for comparisons with future studies.Key words: tree rings, disturbance, climate, global change, central Pennsylvania.Les auteurs font état des 440 ans d'histoire dendrochronologique d'une forêt tourbeuse vestigiale de la province Ridge and Valley au centre de la Pennsylvanie, laquelle contient les populations disjointes les plus méridionales du Picea mariana (Mill.) BSP et de l'Abies balsamea (L.) Mill. La forêt est dominée par le Tsuga canadensis (L.) Carr. (importance relative de 49 %), le Picea mariana (16 %), et l'Acer rubrum L. (15 %). Les quelques tiges de l'Abies balsamea qui restent sont dans un état avancé de dépérissement. Plusieurs des tiges du Nyssa sylvatica Marsh. et du T. canadensis ont été recrutées entre 1560 et 1700, respectivement, jusqu'en 1890. Cependant, la majorité des autres espèces arborescentes se sont installées au cours d'une période de 40 ans qui a suivi une coupe sélective de la forêt dans les années 1890 et des feux en 1900 et 1914. On observe une rareté de jeunes plants d'arbre et aucune évidence de recrutement de tiges aux dimensions d'arbres chez aucune des espèces, après 1950. La chronologie maîtresse des anneaux de croissance chez le N. sylvatica et le T. canadensis montre une importante augmentation après la coupe des années 1890, et une diminution après le feu de 1900. De plus, on observe un grand nombre de recrudescences dans les chronologies d'arbres individuels au cours des 400 ans, ce qui indique l'intervention fréquente de perturbations localisées. La croissance annulaire des arbres au cours du 20ième siècle a été réduite par des sécheresses et des températures fraîches au cours des années 1920 et entre le début et la moitié des années 1960. Les carottes de l'Abies balsamea montrent un déclin rapide en 1986. La croissance du T. canadensis fut très faible entre 1970 et 1998, en dépit d'un climat chaud et humide au cours de cette période. Le Picea mariana montre une croissance très marquée au cours de la période très chaude et humide de 1995 à 1998. La plupart des tiges de l'Abies balsamea ont atteint le stade pathologique entre 50 et 85 ans et sont envahis par l'Armillaria, causant une pourriture racinaire, et infestés d'insectes; ils montrent des cimes très pauvrement développées. Ces symptômes ou importants déclins de croissance ne se retrouvent pas chez le Picea mariana. Il semble qu'après 10 000 ans d'histoire à Bear Meadows, l'Abies balsamea soit en voie d'extinction, sans possibilité de se rétablir faute de semence locales. Les résultats de cette étude suggèrent que les populations d'arbres vestigiales dans l'est des Etats-Unis pourraient être particulièrement sensibles aux impacts anthropogènes directs et indirects ainsi qu'aux variations climatiques, et représentent des repaires importants pour comparaisons avec des études futures.Mots clés : anneaux de croissance des arbres, perturbation, climat, changement global, centre de la Pennsylvanie.[Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]