Background
In order to model the growth and yield of trees over time, we need to determine how much wood a tree accumulates each year. Each year, a tree lays down an annual ring of wood in a layer under the bark. Pressler’s hypothesis states that area of wood laid down annually (measured by the cross-sectional area increment) increases linearly from the top of the tree to the base of the crown (the location of the lowest live branches) with the assumption that it is proportional to the amount of foliage above the point of interest. Below the crown, the area increment in any given year remains constant, except for the region of butt swell at the base of most trees. (For this case study, butt swell can be ignored.)
The growth of a tree in any given year is strongly influenced by growth in the previous years. One reason for this is that buds are formed the year before they start to grow and carbohydrates from good years can be stored to fuel growth in subsequent years. The effects of previous growing conditions can last from one to three years, depending on tree species and location.
Climate affects growth and influences both the size of the annual ring of wood and the proportions of early and late wood. Low density early wood is laid down during the spring when water is plentiful. Late wood, which is laid down from mid-summer until growth ceases in the fall, has a high density. Cessation of wood formation is sensitive to weather conditions such as temperature and drought. Basic knowledge of how climate affects wood properties will be useful in predicting changes in growth based on changes in climate.
Lodgepole pine (Pinus contorta Doug. ex Loud.) stands dominate much of western Canada and the United States, covering over 26 million hectares of forest land. It is an important commercial species in British Columbia; stands consisting of >50% lodgepole pine occupy 58% of the forests in the interior of the province. Lodgepole pine is primarily used for lumber, poles, railroad ties, posts, furniture, cabinetry, and construction timbers. It is commercially important to be able to predict how lodgepole pine will grow and accumulate wood over time. Using high resolution satellite images of lodgepole pine stands to predict wood attributes is under consideration, but first the relationship of crown properties such as the amount of foliage must be linked to wood properties and growth.
We have data on the annual growth and wood density of 60 lodgepole pine trees from four sites in two geographic areas in central British Columbia. Samples were removed at 10 to 13 locations along each tree and two radii (A and B) per sample disc were measured. Measurements of the last year of growth and wood density are often unreliable because of proximity to the bark and difficulties of sample preparation. However, it is for this ring only that we have measures of the amount of foliage.
Objectives
Primary objective
The primary objective is to determine to what extent climate, position on the tree bole (trunk), and current foliar biomass explain cross-sectional area increment and proportion of early and late wood.
Secondary objectives
It is also of interest to learn the following:
How have temperature and precipitation affected the annual cross-sectional growth and the proportions of early and late wood in lodgepole pine?
- Is annual growth best explained by average annual temperature or do monthly maximum and/or minimum values provide a better explanation?
- Do early and late wood need to be considered separately?
- Does the use of climate variables to predict the growth and proportions of early and late wood provide more reliable estimates than the use of the growth and density measurements from previous years as measured from the interior rings?
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?
- 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 - 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 :
- 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
- 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
- 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.