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Ann. For. Sci.
Volume 57, Number 3, March-April 2000
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Page(s) | 229 - 243 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/forest:2000114 |
DOI: 10.1051/forest:2000114
Ann. For. Sci. 57 (2000) 229-243
Modelling age- and density-related gas exchange of Picea abies canopies in the Fichtelgebirge, Germany
Eva Falge - John D. Tenhunen - Ron Ryel - Martina Alsheimer - Barbara Köstner
Biometeorology, ESPM, Univ. of California, Berkeley, CA 94720, USA
(
Abstract:
Differences in canopy exchange of water and carbon dioxide that occur due to changes in tree
structure and density in montane Norway spruce stands of Central Germany were analyzed with a
three dimensional microclimate and gas exchange model STANDFLUX. The model was used to
calculate forest radiation absorption, the net photosynthesis and transpiration of single
trees, and gas exchange of tree canopies. Model parameterizations were derived for six stands
of Picea abies (L.) Karst. differing in age from 40 to 140 years and in density from 1680 to
320 trees per hectare. Parameterization included information on leaf area distribution from
tree harvests, tree positions and tree sizes. Gas exchange was modelled using a single
species-specific set of physiological parameters and assuming no influence of soil water
availability. For our humid montane stands, these simplifying assumptions appeared to be
acceptable. Comparisons of modelled daily tree transpiration with water use estimates from
xylem sapflow measurements provided a test of the model. Estimates for canopy transpiration
rate derived from the model and via xylem sapflow measurements agreed within
20%,
especially at moderate to high air vapor pressure deficits. The results suggest that age and
density dependent changes in canopy structure (changes in clumping of needles) and their
effect on light exposure of the average needle lead to shifts in canopy conductance and
determine tree canopy transpiration in these managed montane forests. Modelled canopy net
photosynthesis rates are presented, but have not yet been verified at the canopy level.

Keywords:
norway spruce / xylem sapflow / canopy transpiration /
canopy light use efficiency / biosphere-atmosphere interactions
Résumé:
Effet de l'âge et de la densité sur la modélisation des échanges gazeux dans la canopée de
peuplements de Picea abies (L) Karst. dans le Fichtelgebirge (Allemagne). Les différences
d'échange d'eau et de dioxyde de carbone au niveau de la canopée qui se produisent à la suite
de changements dans la structure et la densité des arbres dans des peuplements d'Epicéa
commun en zone de montagne de l'Allemagne centrale, ont été analysées selon le modèle
tridimensionnel de microclimat et d'échange gazeux STANDFLUX. Le modèle a été utilisé pour
calculer l'absorption du rayonnement par la forêt, le bilan photosynthétique net et la
transpiration d'arbres individuels, et les échanges gazeux au niveau de la canopée. La
paramétrisation du modèle a été effectuée à partir des mesures dans six peuplements de Picea
abies (L.) Karst. dont l'âge variait de 40 à 140 ans et la densité des peuplements de 1680 à
320 arbres par hectare. La paramétrisation incluait l'information sur la distribution de la
surface foliaire à partir de l'exploitation d'arbres, la position des arbres et leurs
dimensions. Les échanges gazeux ont été modélisés en utilisant une série de paramètres
physiologiques spécifiques de l'espèce, et en supposant qu'il n'y avait aucune influence de
la disponibilité en eau. Pour les peuplements considérés en zone humide de montagne, ces
hypothèses semblent acceptables. La comparaison de l'estimation par modélisation de la
transpiration journalière avec l'estimation de l'eau absorbée par la mesure du flux de sève
xylémique a permis de tester le modèle. L'estimation du taux de transpiration par la canopée
dérivé du modèle par la mesure du flux xylémique concorde à
%, spécialement lorsque les
déficits de pression de vapeur sont modérés ou élevés. Les résultats suggèrent que les
changements dans la structure de la canopée, dépendant de l'âge et la densité et leurs effets
sur l'exposition à la lumière de l'aiguille moyenne conduisent à un décalage dans la
conductance de la canopée et déterminent la transpiration dans la canopée de l'arbre de ces
forêts aménagées de montagne. Les taux de photosynthèse nette modélisés de la canopée sont
présentés, mais n'ont pas encore été validés au niveau des mesures.

Mots clé :
épicéa / modèle tridimentionnel STANDFLUX / flux de sève /
transpiration de la canopée / efficience d'utilisation de la lumière /
interaction biosphère-atmosphère
Correspondence and reprints: Eva Falge
Tel. (49) 921.55.2576; falge@uni-bayreuth.de
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