A forest management decision support system for sustainable management of flammable boreal forest landscapes : an integrated policy approach to timber harvest planning

Les feux sont un phénomène naturel dans la forêt boréale du Canada. Ils sont étroitement liés à la croissance et au développement de cet écosystème. Cependant, l’augmentation des activités anthropiques associées au changement climatique graduel peuvent provoquer un accroissement des épisodes de feux. Un tel accroissement pourrait avoir des effets indési-rables sur l'industrie forestière en raison d’une rupture de l'approvisionnement en bois sur une période de planification à long terme. Cette thèse explore une approche alternative pour concevoir des stratégies qui réduiront l'impact potentiel des feux de forêt sur les revenus à long terme générés par la vente de produits forestiers ciblés, et ce, au moyen d’une politique d’aménagement forestier spécifique. L'étude est basée sur les données de trois unités d’aménagement forestier localisées dans la région boréale de la province de Québec au Ca-nada. Les modèles de politique de planification de la récolte forestière ont été résolus en utilisant la programmation linéaire intégrée avec un taux de brûlage constant. Les options de récolte prescrites par les modèles de planification ont été évaluées à l’aide d’un modèle de simulation de paysage intégré avec un taux de brûlage stochastique. Parmi les quatre modèles pris en compte, le modèle verticalement intégré (modèle 4) a géné-ré les revenus les plus élevés tout en ayant les variations les moins importantes de revenu au sein et entre les périodes pour l'horizon de planification. Ce modèle a permis de maximiser la valeur actuelle nette des recettes provenant de la vente de produits de première transfor-mation pour les deux premières périodes soumis à une récolte forestière constante et à des volumes de bois récupérés durant une période de planification complète. Les revenus plus élevés et les variations plus faibles suggèrent que le modèle peut réduire le risque des im-pacts des feux de forêt sur les revenus comparativement aux trois autres modèles, y compris le modèle de rendement soutenu qui maximise le volume de la récolte soumis à des flux constants du volume de récolte durant une période de planification (modèle 1). L'analyse des dépenses de gestion des incendies a démontré que l’augmentation de telles dépenses peut réduire le coût de lutte contre les feux et augmenter les revenus de la récolte tout en diminuant la variabilité. Cependant, il y a un niveau optimal de dépense qui dépend de la structure forestière et des régimes de feux. Par conséquent, une répartition optimale des dépenses de prévention peut réduire le risque d'impact du feu sur l’économie forestière à long terme. La pérennité des écosystèmes est importante en gestion forestière. Par conséquent, l'intégri-té écologique est de plus en plus préoccupante en ce qui concerne les forêts publiques cana-diennes qui sont aménagées à des fins commerciales. La mise en œuvre d’une politique de récolte exigeant la conservation des vieilles forêts tout en tenant compte de l'impact poten-tiel du feu peut avoir des effets négatifs sur les revenus. Les impacts peuvent être réduits en choisissant une politique de gestion forestière alternative. La réduction des revenus à court terme peut être compensée par des retours à long terme générés par la valeur ajoutée asso-ciée à l'âge du bois en utilisant des politiques alternatives. Finalement, les résultats démontrent que le modèle de planification de la récolte intégrée verticalement et l’optimisation des efforts de gestion du feu peuvent accroître les revenus à moyen et à long terme de l'industrie forestière. Le modèle réduit le risque de perte de reve-nus lié à la rupture de l'approvisionnement lorsque l'impact du feu est inclus dans le proces-sus de planification. De plus, les solutions prescrites dans ce modèle aident à réduire le taux de récolte et à augmenter le volume des stocks qui peut être un coussin en prévision des feux qui surviennent de façon très variable au cours des périodes de l’horizon de planification.Forest fire is a natural process in the boreal forest region of Canada and it is strongly con-nected to forest growth and development. Yet, increasing anthropogenic activities coupled with gradual climate change can increase fire occurrence and area burned. Such an increase may cause adverse impacts on the forest-based economy by the potential disruption of tim-ber supply over a long-term planning horizon. This thesis explores an alternative approach to designing strategies to reduce the potential impact of fire on long-term revenues generated by the sale of prescribed harvest products using a specified forest management policy. The study is based on data from three commercially-managed forests located in the boreal forest region of the province of Quebec, Canada. The harvest planning policy models were solved using a constant average annual burn rate-embedded in a linear programming model. The harvest solutions prescribed by the planning model were evaluated by implementing them in a stochastic landscape simulation model. Among the four policy models examined, vertically integrated model (model 4) generated the highest revenue with the least within- and among-period variation in revenue over the planning horizon. This model maximized the net present value from the sale of primary-processed wood products for the first two periods subjecting to the constant flows of har-vest timber and recovered lumber volumes for an entire planning horizon. The higher reve-nue and lower variation suggest that the model can have lower risk of fire impacts on reve-nue compared with the other three models including the status quo sustained-yield policy model (model 1) that maximizes harvest timber volume subject to constant flows of the harvest volume over the planning horizon. Analysis of fire management expenditures demonstrated that increased presuppression ex-penditure can reduce suppression costs and increase the revenue from the harvest while lowering the variability. However, there is an optimal level of expenditure, which depends on the structure of the forest and fire regimes. Hence, an optimal allocation of presuppres-sion expenditure can reduce the risk of the fire on the long-term economics of the forest. Ecosystem sustainability is important for forest management. Therefore, ecological integrity is of increasing concern with respect to commercially-managed public forests in Canada. Implementation of a harvest policy with strict requirement of old-growth forest area con-straint while accounting for the possible impact of fire can have adverse impacts on reve-nue. The impacts can be reduced by selecting alternative forest management policies. The short-term reduction in revenue from harvests can be compensated for by long-term eco-nomic returns provided by age-related value accumulation of the harvest timber using alter-native policies. Finally, based on the results, the vertically integrated harvest planning model coupled with optimal fire management efforts can increase long-term average revenue to wood industry. The model lowers the risk of loss of revenue due to supply disruptions when the impact of fire is accounted for in the planning process. In addition, the solutions prescribed by this model help reduce the harvest rate and increase stock volume which can act as a buffer for the highly variable potential fires in the successive periods over a planning horizon