Insect–host relationships influencing disturbance by the spruce budworm in a boreal mixedwood forest

Abstract

Demographic data from a 15-year outbreak of the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.) (Lepidoptera: Tortricidae), in a boreal mixedwood forest in Ontario, Canada, are used to interpret stand-level ecological disturbance in terms of susceptibility and vulnerability (mortality) of balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.), white spruce (Picea glauca (Moench) Voss), and black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP). All three host-tree species are highly susceptible for oviposition by the spruce budworm and all are suitable for completion of the budworm life cycle. Host-related differences in susceptibility arise from the degree of synchrony between spruce budworm phenology during the feeding stages and host-tree phenology. Spruce budworm density was highest on white spruce throughout the budworm's life cycle and over the course of the outbreak, but more rapid flushing and growth of current-year buds in white spruce reduced damage relative to that on balsam fir. Conversely, later flushing of current-year buds on black spruce led to a reduction in budworm density early in the season and a corresponding reduction in defoliation. The combination of high budworm densities and severe defoliation caused mortality first on balsam fir. By the end of the outbreak, 89% of the balsam fir component >10 cm DBH was eliminated compared with 49% of the white spruce in the same size class. The lower susceptibility of black spruce resulted in survival of all but the smallest size classes of that species. Nonhost species such as trembling aspen (Populus tremuloides Michx.) nearly doubled their basal area during the outbreak. The results link processes inherent in the insect–host relationship with the population ecology of the insect and the disturbance ecology of the forest.

Re-examining wood supply in light of future spruce budworm outbreaks: A case study in New Brunswick

“…Relative differences in defoliation between balsam fir and white spruce disappear for very high SBW population levels (Greenbank 1963, Nealis andRégnière 2004). Differences in defoliation between balsam fir-white spruce versus black spruce were less at high SBW population levels late in an outbreak, which may reflect increased SBW larvae migration to black spruce when foliage of preferred fir-white spruce becomes limiting (Blais 1957, Nealis andRégnière 2004). Therefore, for cases where annual defoliation exceeded 95%, spruce was assumed to be defoliated at similar levels to balsam fir.…”

Ecoregional Patterns of Spruce Budworm—Wildfire Interactions in Central Canada’s Forests

“…In southeastern Ontario, the latitudinal gradient of hardwood content matches a gradient of increasing urbanization and, as a result, of increasing fire protection that might also explain the absence of fire in these areas [17]. At the northeastern limit of the spruce budworm belt, the high proportion of balsam fir, white spruce and black spruce (FbSwSb > 77.6%) is mainly due to the high proportion of black spruce, a tree that is less supportive of large spruce budworm populations than balsam fir or white spruce [39], and a tree which can proliferate on the wet soils there. In addition, these wet soils coupled with weather patterns bringing cold, moist air from Hudson's Bay limit the occurrence of fire (Figure 2 in [17]).…”

Dynamique des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette durant l'holocène /

“…La tordeuse des bourgeons de l'épinette est un lépidoptère de la famille des Tortricidae dont la distribution naturelle est la même que celle de ses espèce hôtes, c'est-à-dire l'épinette blanche (Picea glauca), l'épinette noire (Picea mariana), l'épinette rouge {Picea rubens), le mélèze {Larix laricina) et le sapin baumier {Abies balsamea), son hôte de prédilection et qui est aussi le plus vulnérable à sa défoliation (Biais, 1957(Biais, , 1961Greenbank, 1963;MacLean, 1984;Harvey, 1985;Martineau, 1985;MacLean et Ostaff, 1989';Bergeron et al, 1995;Nealis et Régnière, 2004). Les populations de latordeuse atteignent des niveaux épidémiques approximativement tous les 34 ans dans l'Est du Canada et sont l'une des perturbations naturelles les plus importantes des forêts boréales de l'Amérique du Nord (MacLean, 1984;Morin et Laprise, 1990;Jardon et al, 2003 Lors d'une épidémie, les premières années de défoliation entraînent la réduction de la production de pollen et de graines chez les arbres touchés (Biais, 1957;Morris, 1963).…”

“…Après trois à quatre années de défoliation sévère, les arbres matures meurent également (Royama, 1984, Jardon, 2001Nealis et Régnière, 2004). Cette mortalité permet à la régénération pré-établie de sapin baumier de constituer progressivement une nouvelle strate arborescente (Mattson et Addy, 1975;Romme et al, 1986;Schowalter et al, 1986;MacLean, 1988;Haack et Byler, 1993;Morin, 1994).…”

“…Bien que les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette survenues lors du 20e siècle puissent être synchronisées sur de grandes superficies (Royama, 1984;Candau et al, 1998;Jardon et al, 2003) et semblent homogènes à grande échelle, d'importantes variations locales et régionales peuvent être observées dans la fréquence, la durée et l'amplitude des épidémies (Biais, 1968;Royama, 1984), créant ainsi des niveaux variables d'impacts sur la forêt (Turner, 1952;MacLean, 1980;Bergeron et al, 1995;Nealis et Régnière, 2004;Bouchard et al, 2007 (Biais, 1965(Biais, , 1983Morin et Laprise, 1990;Morin, 1998;Ryerson et al, 2003;Morin et al, 2007), de subfossiles (Simard, 2003) ou composant la charpente de vieux bâtiments (Krause, 1997;Boulanger et Arseneault, 2004). Il est également possible de les étudier par le biais des traces laissées par ces perturbations dans les archives naturelles que sont les humus épais, les dépôts tourbeux ou les sédiments lacustres (Simard et al, 2002(Simard et al, , 2006 (Swetnam et Lynch, 1989;Jardon et al, 1994;Weber et Schweingruber, 1995;Ryerson et al, 2003;Fraver et al, 2007;Bùntgen et al, 2009).…”