Forest dynamics and the growth decline of red spruce and sugar maple on Bolton Mountain, Vermont: a comparison of modeling methods

Montane forests in the northeastern United States have experienced symptoms of declining vigor, such as branch dieback and increased mortality, over the last half-century. These declines have been attributed to the cumulative impacts of acid deposition, but reconstructing these declines from tree-ring records has proved difficult because of confounding factors that affect low-frequency growth patterns, including climate and natural growth trajectories following disturbance. We obtained tree-ring records of red spruce (Picea rubens Sarg.) and sugar maple (Acer saccharum L.) from three eleva- tions on Bolton Mountain, Vermont, and applied traditional dendroclimatological analyses that revealed a profound declin- ing growth-climate correlation since ca. 1970 for sugar maple but much less so for red spruce. We then applied a new multifaceted statistical approach that conservatively detrends tree-ring records by minimizing the influences of tree size, age, and canopy disturbances on radial growth. In contrast with the traditional analysis, this approach yielded chronologies that were consistently correlated with climate but with important exceptions. Low-elevation sugar maple suffered distinct episodes of slow growth, likely because of insect defoliators, and also a progressive decline since ca. 1988. Red spruce ex- perienced subdecadal episodes of decline that may be related to freeze-thaw events known to injure foliage but showed no evidence of a progressive decline. This analysis was supported by a forest plot resurvey that indicated major declines in these species. Resume´ : Au cours des 50 dernieres annees, les forets alpestres du nord-est des Etats-Unis ont montredes symptomes de perte de vigueur qui se manifeste par la mort en cime et l'augmentation de la mortalite´. Ces deperissements ont eteattrib- ues aux impacts cumulatifs des depots acides mais il s'est averedifficile de les reconstituer a partir des donnees dendro- chronologiques a cause des variables confusionnelles qui affectent les modeles de croissance a basse frequence, incluant le climat et les trajectoires naturelles de croissance ala suite d'une perturbation. Nous avons obtenus des donnees dendro- chronologiques pour l'epinette rouge (Picea rubens Sarg.) et l'erable asucre (Acer saccharum L.) a trois altitudes sur le mont Bolton, au Vermont. Nous avons soumis ces donnees ades analyses dendroclimatologiques traditionnelles qui ont reveleune forte correlation entre le climat et la diminution de croissance depuis environ 1970 chez l'erable, mais cette re- lation etait beaucoup moins evidente chez l'epinette. Nous avons ensuite utiliseune approche statistique multi-facettes qui modifie de facon conservatrice les donnees dendrochronologiques en minimisant l'influence de la dimension et de l'age des arbres ainsi que celle des perturbations de la canopee sur la croissance radiale. Contrairement al'analyse traditionnelle, cette approche a produit des chronologies constamment correlees avec le climat mais avec d'importantes exceptions. L'erable a sucre situea faible altitude a connu des episodes distincts de croissance reduite, probablement acause des in- sectes defoliateurs, ainsi qu'un deperissement progressif depuis environ 1988. L'epinette rouge a connu des episodes de deperissement qui ont duremoins de 10 ans et qui pourraient etre reliesades cycles de gel-degel qui causent des dom- mages au feuillage mais cette espece n'a pas montrede signes de deperissement progressif. Cette analyse est supportee par un nouveau mesurage de places-echantillons forestieres qui a reveleque ces especes subissaient un deperissement ma- jeur. (Traduit par la Redaction)