Nonequilibrium Dynamics between Catastrophic Disturbances and Old‐Growth Forests in Ponderosa Pine Landscapes of the Black Hills

Abstract

An emerging goal of ecosystem management is to maintain ecosystems within their range of natural variability, which requires attention to pre‐EuroAmerican landscape‐scale processes and corresponding landscape structures (e.g., old‐growth forest distribution). The prevailing “equilibrium” view of ponderosa pine forest landscapes, for example, holds that frequent, low‐intensity surface fires maintained open, park‐like forests of large, old trees. Yet a contrasting “nonequilibrium” view suggests that some forest ecosystems are subject to unpredictable catastrophic disturbances that dramatically alter these ecosystems. To assess these views’ relevance, we examined early historical accounts and records of natural disturbances in the ponderosa pine forests of the Black Hills in South Dakota and Wyoming ( U.S.A.). There is evidence of frequent, low‐intensity surface fires and large, catastrophic disturbances before EuroAmerican influence. Several large, stand‐replacing fires occurred between 1730 and 1852, and, shortly after EuroAmerican settlement, a major outbreak of mountain pine beetles ( Dendroctonus ponderosae Hopk.) occurred. The location of these severe disturbances coincides geographically with early explorers’ reports of extensive tracts of relatively dense closed‐canopy forests, including some very large patches (5000+ ha) of dense old growth. This contrasts with sparse, open‐canopy forests thought to be maintained by periodic, low‐intensity surface fires. We suggest that the cooler, moister, central and northern Black Hills and topographically protected areas may have been dominated by infrequent, catastrophic disturbances that maintained large patches of dense forests, including large, contiguous patches of old growth, in a relative state of nonequilibrium. The warmer and drier southern Black Hills, south‐facing slopes, and exposed areas may have been dominated by frequent, low‐intensity surface fires and other small disturbances that maintained open‐canopy forests in a relative state of equilibrium. Proposed Black Hills National Forest management plans that exclusively endorse the equilibrium view are misdirected and will move the forest ecosystem farther outside its range of natural variability.Desequilibrio Dinámico entre Perturbaciones Catastróficas y Bosques Maduros en Paisajes de Pino Ponderosa de Black HillsUna meta del manejo de ecosistemas es mantenerlos dentro de su rango de variabilidad natural, lo cual requiere de considerar procesos pre‐euroamericanos a escala de paisaje y las correspondientes estructuras del paisaje (e.g., distribución de bosques maduros). Por ejemplo, la visión prevaleciente del “equilibrio” de paisajes de bosque de pino ponderosa sostiene que frecuentes fuegos superficiales de baja intensidad mantenían bosques “similares a parques” abiertos con árboles grandes y viejos. Pero, una contrastante visión de “desequilibrio” sugiere que algunos ecosistemas de bosque están sujetos a perturbaciones catastróficas impredecibles que los altera dramáticamente. Para evaluar la pertinencia de estas visiones examinamos informes históricos tempranos y registros de perturbaciones naturales en los bosques de pino ponderosa de Black Hills en Dakota del Sur y Wyoming (E.U.A.). Hay evidencia de frecuentes fuegos superficiales de baja intensidad y grandes perturbaciones catastróficas anteriores a la influencia euroamericana. Entre 1730 y 1852 ocurrieron varios incendios mayores y, poco después de la colonización euroamericana, el escarabajo de pino de montaña ( Dendroctonus ponderosae Hopk.) causó grandes daños. La localización de estas perturbaciones severas coincide geográficamente con los reportes de exploradores respecto a extensas zonas de bosques de dosel cerrado relativamente densos, incluyendo unas extensiones muy grandes (5000+ha) de bosque maduro denso. Esto contrasta con los bosques de dosel abierto dispersos que se pensaba eran mantenidos por los incendios de baja intensidad periódicos. Sugerimos que, por su mayor frescura y humedad, las Black Hills centrales y del norte y las áreas topográficamente protegidas pudieron haber sido dominadas por perturbaciones catastróficas infrecuentes que mantenían grandes extensiones de bosques densos, incluyendo grandes parches contiguos de bosque maduro, en un relativo estado de desequilibrio. Las Black Hills del sur y las laderas del sur, más cálidas y secas, pudieron haber sido dominadas por incendios de baja intensidad frecuentes y otras perturbaciones pequeñas que mantenían bosques de dosel abierto en un relativo estado de equilibrio. Los planes de manejo propuestos para el Bosque Nacional Black Hills que exclusivamente avalan la visión de equilibrio están mal orientados y llevarán al ecosistema del bosque más allá de su rango de variabilidad natural.