Wildfire as a key determinant of peatland microtopography

Microtopography is a common attribute of wetlands, particularly boreal bog and fen peatlands. This self-organized patterning is primarily an autogenic process; however, the role of allogenic forces such as disturbance in the maintenance of microtopography is poorly understood. In this study, we quantify the effect of fire on the distribution of the microtopographic gradient in boreal bogs using a before-after wildfire natural experiment. We also quantify the change in spatial abundance of microforms in boreal treed peatlands over a 100-year successional chronosequence. Wildfire nearly doubled the range of the microtopographic gradient, increasing the relative abundance of low-elevation microforms (hollows), although the distribution of elevations was influenced by peatland ontogeny at the time of wildfire. Through succession, raised microforms (hummocks) became more abundant, presumably due to autogenic surface drying facilitating hummock species expansion into adjacent hollows. Although autogenic processes may be responsible for the development of self-organized spatial patterning in wetlands, disturbances such as wildfire are necessary for maintaining boreal peatland microtopography over extended time scales. Because of the tight linkage between microtopography, species diversity, and ecosystem function, these feedbacks between wildfire and microtopography are critical for understanding peatland dynamics and the potential impact of a changing environment. Key words: self-organized patterning, succession, diversity, carbon, ecosystem resilience. La microtopographie est un attribut commun des milieux humides, plus particulierement des tourbieres ombrotrophes et des tourbieres minerotrophes en zone boreale. Cette structuration auto-organisee est un processus principalement autogenique mais le role des forces allogeniques, comme une perturbation, dans le maintien de la microtopographie est mal compris. Dans cette etude, nous avons quantifie l'effet du feu sur la distribution du gradient microtopographique dans les tourbieres boreales a l'aide d'une experience naturelle avant et apres feu. Nous avons aussi quantifie le changement dans l'abondance spatiale des microformes dans des tourbieres boreales boisees au cours d'une chronosequence successionnelle de plus de 100 ans. Le feu a plus que double l'etendue du gradient microtopographique, augmentant ainsi l'abondance relative des microformes basses (depressions), bien que la distribution des hauteurs ait ete influencee par l'ontogenese de la tourbiere lorsque le feu est survenu. Au cours de la succession, les microformes surelevees (buttes) sont devenues plus abondantes, vraisemblablement a cause de l'assechement autogenique en surface qui a facilite l'expansion des especes associees aux buttes dans les depressions adjacentes. Meme si les processus autogeniques peuvent etre responsables du developpement de la structuration spatiale auto-organisee dans les milieux humides, les perturbations telles que les feux sont necessaires pour maintenir la microtopographie des tourbieres boreales a long terme. A cause du lien etroit entre la microtopographie, la diversite des especes et la fonction de l'ecosysteme, ces retroactions entre les feux et la microtopographie sont essentielles pour comprendre la dynamique des tourbieres et l'impact potentiel d'un environnement en mutation. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : structuration auto-organisee, succession, diversite, carbone, resilience des ecosystemes.
Introduction Self-organized spatial patterning is a common phenomenon in a variety of ecosystems and can play a key role in ecosystem stability (Rietkerk and van de Koppel 2008). Positive feedbacks [...]