Ann. For. Sci. 55 (1998) 63-88
DOI: 10.1051/forest:19980105

Scaling up from the individual tree to the stand level in Scots pine. I. Needle distribution, overall crown and root geometry

Jan Cermák, Francesca Riguzzi and Reinhart Ceulemans

University of Antwerpen, UIA, Department of Biology, Universiteitsplein 1, B-2610 Wilrijk, Belgium

Abstract - We quantified and scaled up (from individual trees over average trees per diameter at breast height, DBH, class) various characteristics of canopy architecture such as leaf area index, needle aggregation, vertical and radial distribution of the foliage for a mature, even-aged Scots pine (Pinus sylvestris L.) stand in the Campine region, Brasschaat, Belgium. Both the vertical and radial needle distribution, scaled up to the stand level from destructive harvests of a limited number of trees, have been presented. Total leaf area index for the stand was 3.0 derived from the needle distribution in different canopy layers. The 'cloud' technique used to describe the position and aggregation of needles on branches, on branches in the crown and on crowns in the canopy has been described and applied. These clouds are well-defined spatial units, larger than clusters, on branches with between one and several clouds per branch. The regression equations used to relate needle properties, positions of clouds, needle distribution to stand- and tree-related parameters (such as diameter at breast height, frequency distribution) were developed, parameterised for the particular stand and applied for scaling up purposes. The fitted Rayleigh equation defined the midpoint of the canopy at a height of 19.6 m and the canopy depth as only being almost 5 m. The appropriate values for making conversions from needle mass to needle area were presented and discussed in relation to position in the crown. Overall crown and canopy geometry, as well as geometry and dimensions of the root system were also described and scaled up from individual trees to the stand level. The overall volume of the crown, of the root system and of the canopy were related to the volume of the clouds and the gaps in the canopy, and allowed us to quantify the 'space use efficiency' of the stand. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Changement d'échelle de l'arbre au peuplement chez le pin sylvestre. I. Distribution des aiguilles, architecture aérienne et souterraine. Cet article quantifie et extrapole (de l'échelle de l'arbre individuel à celle des arbres moyens de chaque classe de diamètre) plusieurs variables de l'architecture du couvert, comme l'indice foliaire, l'agrégation des aiguilles, et la distribution verticale et radiale du feuillage, dans un peuplement équienne et mature de pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) dans la région de Campine, Brasschaat, en Belgique. La distribution verticale et radiale du feuillage, extrapolée à l'échelle du peuplement, à partir d'analyses destructives de quelques arbres, est présentée ici. L'indice foliaire total du peuplement, évalué à partir de la distribution des aiguilles dans les différentes couches du couvert, était de 3,0. La technique des « volumes élémentaires » utilisée pour décrire la position et l'agrégation des aiguilles sur les branches, des branches dans les houppiers, et des houppiers dans le couvert, est décrite ici. Ces volumes élémentaires sont des unités spatiales bien définies, plus grandes que les agrégats foliaires, situées sur les branches, chaque branche étant constituée d'un ou de plusieurs de ces volumes. Des équations de régression reliant les propriétés des aiguilles, la position des volumes élémentaires, et la distribution des aiguilles, aux paramètres dendrométriques des arbres et du peuplement (diamètre à 1,3 m, distribution des tiges) ont été développées et paramétrisées, et utilisées pour effectuer le changement d'échelle. Le calibrage de l'équation de Rayleigh a permis de définir le point moyen du couvert à une hauteur de 19,6 m et sa profondeur à environ 5 m. Les valeurs utilisées pour convertir les masses foliaires en surfaces sont présentées et discutées, en relation avec le niveau considéré dans le houppier des arbres. La géométrie des houppiers et du couvert, comme celle des systèmes racinaires, ont aussi été décrites et extrapolées de l'arbre individuel au peuplement. Les volume totaux des houppiers, des systèmes racinaires et du couvert ont été mis en relation avec les volumes élémentaires et avec ceux des trouées dans le couvert, ce qui a permis de définir une « efficacité d'utilisation de l'espace » du peuplement. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: Scots pine / vertical needle distribution / scaling up / leaf area index / canopy structure / root geometry / needle dry mass distribution / tree allometrics

Mots clés : Pinus sylvestris / distribution des aiguilles / changement d'échelle / indice foliaire / structure du couvert / géométrie racinaire / relations allométriques