Les effets du climat sur la croissance du pin de Murray

2009

Data Source: 

Roberta Parish of the British Columbia Ministry of Forests and Range

Organizer: 

Alison Gibbs, Department of Statistics, University of Toronto

Contexte

Afin de modéliser la croissance et le rendement des arbres dans le temps, nous devons déterminer combien de bois un arbre accumule chaque année. Chaque année, un arbre dépose un anneau de bois annuel en une couche sous l’écorce. L’hypothèse de Pressler stipule que la surface de bois déposée chaque année (mesurée par l’augmentation de la surface transversale) augmente de façon linéaire depuis le haut de l’arbre jusqu’à la base de la couronne (emplacement des branches vivantes les plus basses), en tenant pour acquis que celle-ci est proportionnelle au volume de feuillage au-dessus du point d’intérêt. En dessous de la couronne, l’augmentation de la surface pour une année donnée reste constante, à l’exception de la région d’empattement excessif située à la base de la plupart des arbres. (Aux fins de la présente étude de cas, nous ne tiendrons pas compte de cet empattement excessif.)
 

Pour une année donnée, la croissance d’un arbre est largement influencée par sa croissance les années précédentes. Cela est notamment dû au fait que les bourgeons se forment l’année avant le début de leur croissance et que les glucides peuvent être stockés après une bonne année pour alimenter la croissance des années suivantes. Les effets des conditions de croissance précédentes peuvent ainsi se prolonger pendant un à trois ans, en fonction de l’essence de l’arbre et de son emplacement.
 

Le climat affecte la croissance et influence à la fois la taille de l’anneau de bois annuel et les proportions de bois de printemps et d’été. Le bois de printemps, de faible densité, est déposé au printemps quand l’eau est abondante. Le bois d’été, qui est déposé entre le milieu de l’été et le moment où la croissance cesse à l’automne, est de forte densité. Le moment où le bois cesse de se former dépend de conditions météorologiques telles que la température et la sècheresse. Il serait utile de savoir d’une façon générale comment le climat affecte les propriétés du bois pour prédire comment la croissance peut changer en fonction des changements climatiques.
 

Les peuplements de pins de Murray (Pinus contorta Doug. ex Loud.) dominent une grande partie de l’Ouest du Canada et des États-Unis, recouvrant plus de 26 millions d’hectares de terres forestières. Il s’agit d’une essence commerciale importante en Colombie-Britannique; les peuplements consistant de plus de 50 % de pins de Murray occupent 58 % des forêts de l’intérieur de la province. Le pin de Murray est principalement utilisé pour le bois d’œuvre, les poteaux, les traverses de chemin de fer, les pieux, les meubles, l’ébénisterie et le bois de charpente. Il est important, d’un point de vue commercial, de pouvoir prédire comment le pin de Murray poussera et s’accumulera au fil du temps. Il est envisagé d’utiliser des images satellite à haute résolution des peuplements de pins de Murray pour prédire les attributs du bois, mais il faut d’abord faire le lien entre les propriétés de la couronne (par exemple, le volume de feuillage) et les propriétés et la croissance du bois.
 

Nous disposons de données sur la croissance annuelle et la densité de bois de 60 pins de Murray répartis sur quatre sites de deux régions géographiques du centre de la Colombie-Britannique. Des échantillons ont été prélevés à 10 ou 13 emplacements sur chaque arbre et deux rayons (A et B) ont été mesurés pour chaque disque échantillonné. Les mesures de la dernière année de croissance et de densité de bois ne sont pas toujours fiables, en raison de leur proximité à l’écorce et des problèmes éventuels lors de la préparation des échantillons. Toutefois, ce n’est que pour cet anneau que nous disposons de mesures concernant le volume de feuillage.

Objectifs


Objectif principal

L’objectif principal est de déterminer dans quelle mesure le climat, la position sur le fût (tronc) de l’arbre et la biomasse foliaire actuelle expliquent-ils l’augmentation de la surface transversale et la proportion de bois de printemps et d’été.
 

Il serait également intéressant d’apprendre :

  1. Comment la température et les précipitations affectent-elles la croissance transversale annuelle et les proportions de bois de printemps et d’été dans le pin de Murray?
  2. La croissance annuelle s’explique-t-elle principalement par la température annuelle ou bien les valeurs mensuelles maximum et/ou minimum en offrent-elles une meilleure explication? Faut-il considérer le bois de printemps et d’été séparément?
  3. Le recours aux variables climatiques pour prédire la croissance et les proportions de bois de printemps et d’été permet-il des estimations plus fiables que les mesures de croissance et de densité des années précédentes, telles qu’effectuées sur les anneaux intérieurs?

Research Question: 

Dans quelle mesure le climat, la position sur le fût de l’arbre et la biomasse foliaire actuelle expliquent-ils l’augmentation de la surface transversale et la proportion de bois de printemps et d’été?
 

Variables: 

  1. Données sur la densité de bois : Fichiers de données : Texte brut, MS ExcelL’ensemble de données inclut une ligne pour chaque anneau de l’échantillon (disque) prélevé sur le fût de chaque arbre. L’identifiant de l’arbre consiste en une lettre correspondant au site où l’arbre était situé et un nombre unique à l’arbre. Les sites B et C sont près de Quesnel et les sites J et T, près de Kamloops. Les arbres de la région de Kamloops ont fait l’objet d’un échantillonnage destructeur en 2003 et ceux de la région de Quesnel ont été échantillonnés en 2004. Les variables qui commencent par la lettre A se rapportent au rayon A; les variables qui commencent par la lettre B se rapportent au rayon B.
    Variable Unités Description
    Ayear année Année calendrier correspondant à l’âge de l’arbre
    Alatewoodw mm Épaisseur de bois d’été
    Aringwidth mm Épaisseur de l’anneau annuel
    Apclatewood % Pourcentage de bois d’été
    Aearlywoodd kg/m3 Densité du bois de printemps
    Alatewoodd kg/m3 Densité du bois d’été
    Aavedens kg/m3 Densité moyenne de l’anneau
    Aend mm Distance à partir de l’écorce sur le rayon A jusqu’à la fin de l’anneau
    Astart mm Distance à partir de l’écorce sur le rayon A jusqu’au début de l’anneau
    Bage année Âge à partir de la moelle
    Byear année Année calendrier correspondant à l’âge de l’arbre
    Blatewoodw mm Épaisseur de bois d’été
    Bringwidth mm Épaisseur de l’anneau annuel
    Bpclatewood % Pourcentage de bois d’été
    Bearlywoodd kg/m3 Densité du bois de printemps
    Blatewoodd kg/m3 Densité du bois d’été
    Bavedens kg/m3 Densité moyenne de l’anneau
    Bend mm Distance à partir de l’écorce sur le rayon B jusqu’à la fin de l’anneau
    Bstart mm Distance à partir de l’écorce sur le rayon B jusqu’au début de l’anneau
    tree   Identifiant de l’arbre
    height m Hauteur du prélèvement sur le fût
  2. Données climatiques :Pour chaque région (Quesnel et Kamloops), il y a trois fichiers : (1) température minimum en degrés Celsius, (2) température maximum en degrés Celsius, et (3) précipitations totales en mm. Chaque ligne de l’ensemble de données présente le montant mensuel, annuel et saisonnier pour une année, à partir de 1895. Fichiers de données :
     
  3. Données sur la biomasse foliaire :Les données sont réparties en deux fichiers. Pour chaque arbre, les mesures de biomasse foliaire ont été effectuées pour de multiples branches, si bien que nous disposons d’estimations pour chaque année de la vie de l’arbre (ainsi le nombre de lignes de données par arbre varie en fonction de l’âge de celui-ci). Chaque ligne de données du premier fichier contient les variables suivantes :
     
    • Identifiant de l’arbre (employé aussi pour les données de densité du bois)
    • Âge de l’arbre à l’initiation de la branche
    • Position moyenne relative de la branche dans la couronne (1 correspond à la base de la couronne et 0 au sommet)
    • Biomasse foliaire (masse en kg par mètre carré d’aiguilles sous-tendu par les branches) à la position
       
    Fichiers de données : Texte brut, MS Excel Le deuxième fichier contient les variables suivantes (une ligne par arbre) :
    • Identifiant de l’arbre (employé aussi pour les données de densité du bois)
    • Hauteur totale de l’arbre en m
    • Hauteur jusqu’à la base de la couronne en m
    • Longueur de la couronne en m
       
    Fichiers de données : Texte brut, MS Excel
     

References: 

  • Pages Web de Henri D. Gissino-Mayer sur les anneaux
  • Clark, D.A and Clark, D.B. (1994) Climate-induced annual variation in canopy tree growth in a Costa Rican tropical rain forest. Journal of Ecology, 82 (4): 865-872.
  • Monserud, R.A. (1986) Time-series analyses of tree-ring chronologies. Forest Science, 32 (2): 349-372.
  • Parish, R. and Antos, J.A. (2002) Dynamics of an old-growth, fire-initiated, subalpine forest in southern interior British Columbia: tree-ring reconstruction of two-year cycle spruce budworm outbreaks. Canadian Journal of Forest Research32: 1947-1960.