Free access
Issue
Ann. For. Sci.
Volume 57, Number 5-6, June-September 2000
Second International Workshop on Functional-Structural Tree Models
Page(s) 555 - 569
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:2000142
DOI: 10.1051/forest:2000142

Ann. For. Sci. 57 (2000) 555-569

EMILION, a tree functional-structural model: Presentation and first application to the analysis of branch carbon balance

Alexandre Bosc

INRA Pierroton, Station de Recherches Forestières, Laboratoire d'Écophysiologie et Nutrition, BP. 45, 33611 Gazinet Cedex, France

(Received 1 February 1999; accepted 30 September 1999)

Abstract:

This paper summarises the main characteristics of a new functional-structural ecophysiological model EMILION elaborated for pine species. It is based on the integration of the functioning of the tree aerial organs, shoots, buds and cones. It is founded on the modelling of carbon- and water- related processes at the organ level, and on the links that exist between the organs. The main processes described by EMILION are light distribution and interception, photosynthesis, respiration, stomatal conductance, transpiration, water transfer, phenology, and intra-annual growth. It uses an object-oriented approach. It has been parameterised and applied to adult Maritime pine (Pinus pinaster Ait.). The model simulates the distribution in the tree of carbon and water fluxes at a short time step. The principal inputs are stand and tree structure, and meteorological data. EMILION allows one to study the interaction of processes at the organ and tree level. An example application is presented, in which EMILION was used to simulate the carbon budget of existing branches, according to their age and location within the crown. This study was used to test one hypothesis of branch death, that death is a consequence of an imbalance between branch assimilate production and use. Our results show that the old branches of Pinus pinaster are autonomous for the carbon, but the ability of these branches to supply assimilates to rest of the tree appears very low. We conclude that this small carbon availability in the oldest branches is a cause of their limited development.


Keywords: Pinus pinaster / functional-structural model / architecture / ecophysiological processes / branch carbon balance

Résumé:

Principes du modèle structure-fonction Emilion et application à l'analyse de l'autonomie carbonée des branches dans le houppier. Un nouveau modèle écophysiologique EMILION de type structure-fonction est présenté. Ce modèle élaboré pour les espèces du genre Pinus, est basé sur l'intégration des connaissances relatives au fonctionnement des organes formant l'arbre, il est actuellement adapté au cas du Pin maritime (Pinus pinaster Ait.) adulte. Il s'appuie sur la modélisation des processus carbonés et hydriques à l'échelle de l'organe et sur les relations qu'établissent entre eux les organes qui sont liés. Différents types d'organes aériens sont distingués, les rameaux, les bourgeons et les cônes. Les principaux processus intégrés dans le fonctionnement des organes sont la distribution et l'interception du rayonnement, la photosynthèse, la respiration, la conductance stomatique, la transpiration, les transferts hydriques xylémiens, la phénologie et la croissance intra annuelle. Dans le modèle, chaque organe est représenté par un objet, et un arbre ou une branche par un objet Structure. Le modèle simule les flux de carbone et d'eau au sein de l'arbre à un pas de temps demi-horaire. EMILION permet d'étudier l'interaction des différents processus au sein des organes et au sein de l'arbre. Les entrées du modèle sont la structure du peuplement et de l'arbre modélisé, ainsi que les conditions climatiques. Une utilisation du modèle est présentée. EMILION est utilisé pour simuler, en fonction de leur âge et de leur position dans l'arbre, le bilan de carbone de branches réelles, afin d'analyser les hypothèses expliquant la mort des branches âgées, basées sur un déséquilibre entre production et consommation d'assimilats. Nos résultats montrent que les vieilles branches sont autonomes vis-à-vis du carbone, mais que la quantité d'assimilats quelles sont en mesure de fournir au reste de l'arbre devient relativement faible. Finalement nous supposons que cette faible disponibilité des assimilats, au sein des vieilles branches en peuplement, participe à la limitation de leur développement.


Mots clé : Pinus pinaster / modèle structure-fonction / architecture / processus écophysiologiques / branches / bilan de carbone

Correspondence and reprints: Alexandre Bosc
Tel. 05 57 97 90 34; Fax. 05 56 68 05 46; e-mail: alexandre.bosc@pierroton.inra.fr

Copyright INRA, EDP Sciences