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Effects of pine shelterwoods on microclimate and frost damage to Norway spruce seedlings

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Abstract:

Cuttings of Norway spruce, Picea abies (L.) Karst., were planted under two Scots pine, Pinus sylvestris L., shelterwoods with a density gradient varying from fully stocked forest to clearcuts. This provided a range of near-ground temperature and radiation regimes. The microclimate was monitored near each cutting, using an automated mobile system. The factors monitored were air temperature, global radiation, and net radiation. Frost damage to the spruce cuttings was assessed by two methods. First, the percentage of actively growing shoots with visible damage was determined. Second, the maximum photochemical efficiency of photosystem II (Fv /Fm) in 1-year-old and current-year needles was estimated from measurements of chlorophyll a fluorescence. A frost event in May 1990 was analysed using the partial least squares in latent variables (PLS) method of multivariate statistical analysis. Different microclimatic variables were used as predictors. Visible damage to actively growing shoots and the Fv /Fm ratio in 1-year-old needles were used as response variables. The predictors were used to produce a separate PLS model for each response variable. Nocturnal net radiation during the frost event, and both the net and global radiation the day after, were found to be important for explaining the visible damage and the Fv /Fm ratios. In both the PLS analyses, the modelling power of these three variables was ranked among the highest of all microclimatic factors tested. The accumulated air temperature below 0°C, the duration of the frost, and the minimum air temperature near the ground (at 0.4 m) also had high predictive power. Thus, both higher nocturnal air temperature near the ground and shading the day after the frost event were important factors explaining the reduction of visible damage and low-temperature induced photoinhibition. Leaving a dense shelterwood moderates both the nocturnal air temperature and the radiation regime and, therefore, is recommended on sites where early summer frosts are expected.

Des boutures d'épicéa commun, Picea abies (L.) Karst., ont été plantées sur le parterre de deux coupes progressives effectuées dans des peuplements de pin sylvestre, Pinus sylvestris L., où le gradient de densité allait d'une densité relative adéquate à une coupe à blanc. Cela a permis d'obtenir une gamme de températures près du sol et de régimes de radiation. Le microclimat à proximité de chaque bouture a été suivi à l'aide d'un système mobile automatique. Les facteurs qui ont été mesurés sont la température de l'air, la radiation totale et la radiation nette. Les dommages causés par le gel aux boutures d'épicéa ont été évalués selon deux méthodes. D'abord, le pourcentage de pousses en croissance active ayant subi des dommages visibles a été déterminé. Ensuite, l'efficacité photochimique maximale du photosystème II (Fv /Fm) dans les aiguilles d'un an et celles de l'année courante a été estimée à partir de mesures de la fluorescence de la chlorophylle a. Un épisode de gel survenu en mai 1990 a été analysé par la méthode des moindres carrés partiels dans les variables latentes (MCP) de l'analyse statistique multivariée. Différentes variables microclimatiques ont été utilisées comme prédicteurs. Les dommages visibles sur les pousses en croissance active et le rapport Fv /Fm chez les aiguilles d'un an ont été utilisés comme variables de réponse. Les prédicteurs ont été utilisés pour produire un modèle MCP distinct pour chaque variable de réponse. La radiation nette nocturne lors de l'épisode de gel ainsi que la radiation nette et totale la journée subséquente se sont avérées importantes pour expliquer les dommages visibles et le rapport Fv /Fm. De tous les facteurs microclimatiques testés, la capacité de modéliser ces trois variables a été classée parmi les plus élevées dans les deux analyses MCP. La somme des températures de l'air sous 0°C, la durée du gel et la température minimum de l'air près du sol (0,4 m) avaient également une bonne capacité de prédiction. Par conséquent, une température nocturne de l'air plus élev&

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2001

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