Relationships between intensive biomass production and biodiversity in North American forests – a literature review

Energy policy in the United States and Canada has increasingly promoted development of plant-based biofuels to complement, and potentially provide alternatives to, fossil fuels. This has resulted in more interest in intensive biomass production to meet anticipated growth in demand. Native grasses, woody species, and forestry residues currently show promise as a local energy source for wood products facilities and for producing marketable biofuels. Large-scale adoption of intensive biomass production in forests, however, has the potential to alter management, species composition, physical structure, and landscape configuration of forests in some regions of North America.

Because forest lands support a large proportion of biodiversity in many regions, it is important to understand what is known about forest biodiversity response to practices associated with biomass production systems and what additional information is needed by forest managers and policymakers.

NCASI, in partnership with co-authors from Mississippi State University and Weyerhaeuser, has summarized documented relationships between intensive production of forest biomass and forest biodiversity in North America and identified knowledge gaps. We searched the literature for papers that characterized biodiversity responses to at least one of four treatments related to biomass harvesting: removal of forest harvest residues (coarse woody debris [CWD] manipulations), thinning, intercropping, and short-rotation woody crops. Biodiversity responses included species richness, diversity, abundance of taxa or groups of species (guilds), and abundance of individual species for birds, mammals, reptiles, amphibians, and invertebrates. A meta-analysis was used to summarize biodiversity response to the four biomass harvest treatments. Treatment effect sizes were calculated using response ratios, and all meta-analyses were conducted with Meta-Win software.

A wealth of literature was identified reporting effects on birds, small mammals, and invertebrates. Few studies were found investigating response of amphibians and reptiles to biomass removal. The authors found that removal of snags and CWD may have more significance for birds than for other taxa. A decrease in abundance of invertebrates in CWD or snag removal plots is a possible mechanistic explanation for the reported lower bird abundance and diversity. Forest thinning treatments had generally positive effects on diversity and abundance across all taxa. The biodiversity response to biomass harvest was found to be at least somewhat dependent on harvest intensity. More research is needed to determine effects of short rotation woody crops, intercropping, CWD removal, as well as geographic variation of results. Our review highlights the need for manipulative experiments designed to test biomass removal hypotheses.

This body of work resulted in four topic-specific peer-reviewed publications and a comprehensive summary of wildlife response to biomass harvesting techniques in NCASI Technical Bulletin No. 992, Relationships Between Intensive Biomass Production and Biodiversity in North American Forests – A Literature Review. The timely contribution to this topic facilitated NCASI’s participation with The Wildlife
Society on the forestry component of their Technical Review of wildlife response to biomass harvesting.

For more information, contact Dr. Jacob Verschuyl or Dr. T. Bently Wigley.

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Relations entre la récolte intensive de biomasse et la biodiversité dans les forêts nord-américaines – une revue de la littérature

Les politiques énergétiques des États-Unis et du Canada ont de plus en plus contribué au développment de biocombustibles dérivés des plantes pour servir de complément ou potentiellement remplacer les combustibles fossiles, ce qui a amené les gens à s’intéresser de plus en plus à la récolte intensive de la biomasse pour répondre à l’augmentation prévue de la demande. Les graminées indigènes, les essences ligneuses et les résidus forestiers constituent une avenue prometteuse pour la production d’énergie locale pour les installations de produits du bois et pour la production de biocombustibles commercialisables.

Cependant, la décision de récolter la biomasse de façon intensive à grande échelle dans les forêts pourrait modifier les pratiques d’aménagement des forêts, la composition des essences, ainsi que la structure physique et la configuration du paysage des forêts dans certaines régions de l’Amérique du Nord.

Dans de nombreuses régions, les terres forestières abritent une proportion importante de la biodiversité. Il est donc important de comprendre ce qui est connu en matière de réponse de la biodiversité des forêts aux pratiques associées à des systèmes de récolte de la biomasse et de déterminer quelles sont les informations additionnelles requises pour les gestionnaires de forêts et les responsables d’orientations politiques.

NCASI, en collaboration avec des chercheurs du Mississippi State University et de la société Weyerhaeuser, a fait la synthèse de relations documentées dans la littérature entre la récolte intensive de biomasse forestière et la biodiversité des forêts en Amérique du Nord et a identifié les lacunes en matière de connaissances. Les chercheurs ont d’abord fait une recherche de la littérature pour extraire les articles qui caractérisent la réponse de la biodiversité à au moins un des quatre traitements reliés à la récolte de la biomasse : l’enlèvement des résidus de récolte en forêt (manipulations de gros débris ligneux), les éclaircies, la récolte de cultures intercalaires et la récolte de peuplements à courte rotation. Les types de réponse de la biodiversité comprenaient la richesse en espèces, la diversité des espèces, l’abondance des taxons ou groupes d’espèces (guildes) ainsi que l’abondance d’espèces individuelles d’oiseaux, de mammifères, de reptiles, d’amphibiens et d’invertébrés. Puis, les chercheurs ont effectué une méta-analyse pour résumer la réponse de la biodiversité aux quatre traitements de récolte de la biomasse à l’aide du logiciel Meta-Win. Ils ont également calculé l’importance de l’effet des traitements à l’aide de coefficients de réponse.

Les chercheurs ont trouvé une multitude d’articles qui décrivent les effets sur les oiseaux, les petits mammifères et les invertébrés. Par contre, ils ont recensé peu d’études sur la réponse des amphibiens et des reptiles à la récolte de la biomasse. Ils ont constaté que l’enlèvement des chicots et des gros débris ligneux peut avoir un impact plus grand sur les oiseaux que sur les autres taxons. Une réduction dans l’abondance des invertébrés dans les parcelles où l’on enlève les gros débris ligneux ou les chicots est une explication mécaniste possible de la plus faible abondance et diversité des oiseaux rapportées dans ces études. Le traitement par éclaircie a généralement eu des effets positifs sur la diversité et l’abondance de tous les taxons.

Ils ont constaté que la réponse de la biodiversité à la récolte de la biomasse dépendait un peu de l’intensité de la récolte. D’autres travaux de recherche seront nécessaires pour déterminer l’impact des cultures à courte rotation et des cultures intercalaires, l’impact de l’enlèvement des gros débris ligneux ainsi que les variations géographiques des résultats. L’analyse montre qu’il faudrait faire appel à des études contrôlées pour tester les hypothèses de récolte de la biomasse.

Ce travail a donné lieu à quatre articles évalués par des pairs sur quatre sujets différents et à un résumé complet sur la réponse de la faune aux pratiques de récolte de la biomasse dans le Bulletin technique no 992, Relations entre la récolte intensive de biomasse et la biodiversité dans les forêts de l’Amérique du Nord – une revue de la littérature. Ce travail, réalisé à un moment opportun, a permis à NCASI de participer aux travaux d’évaluation technique (composante forestière) de l’organisme The Wildlife Society sur la réponse de la faune aux pratiques de récolte de la biomasse.

Pour en savoir plus, contactez Dr. Jacob Verschuyl ou Dr. T. Bently Wigley.

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