Relationships between anatomical and densitometric characteristics of black spruce and summer temperature at tree line in northern Quebec

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Abstract:

Tracheid cell number, cell diameter, and cell-wall thickness of black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) tree rings at the tree line (northern Quebec, Canada) were measured using image analysis. The densitometric data from the same samples were used to evaluate the features of image analysis. The anatomical data were correlated with summer temperature variables, including: means of pentad temperature (five consecutive days), growing season (May- September), sum of degree-days, and number of frost-free days. Our results suggest that the main cause of the pale appearance of light rings is thinner latewood cell-wall thickness. Some latewood variables are strongly correlated with corresponding indices for ring cell number and diameter, and ring cell wall thickness. Anatomical ring cell number and the sum of cell diameters (ring widths) were correlated to tree-ring width parameters derived from densitometry. Ring cell number and annual sum of cell diameter also showed very similar trends with both chronologies, suggesting that ring-width length may depend on the number of cells within a ring. Ratio diagram of double cell-wall thickness to cell radial diameter showed similar trend to wood density profile. There is a statistically significant correlation between maximum density and the highest annual ratio between cell wall thickness and lumen diameter. Cell-wall thickness was significantly correlated to maximum density, and both were significantly correlated with summer temperature variables. Our results suggest that wood anatomy may be used as a substitute to densitometry for climate reconstruction as densitometric data require expensive equipments. Also the anatomical method allows the recording of intra-annual information for dendroecological purposes.

Le nombre de trachéides, le diamètre des cellules et l'épaisseur des parois cellulaires des cernes annuels de l'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP) située à la limite des arbres (nord du Québec, Canada) ont été mesurés par analyse d'images. Les données densitométriques provenant des mêmes échantillons ont servi à déterminer les caractéristiques pour l'analyse d'images. Les données anatomiques ont été corrélées aux températures estivales (moyenne des températures pour 5 jours consécutifs, saison de croissance (mai à septembre), somme des degrés-jours et nombre de jours sans gel). Nos résultats suggèrent que les cernes pâles sont causés par un faible épaississement de la paroi des cellules de bois final. Certaines variables du bois final sont fortement corrélées avec les indices correspondants du nombre de cellules, de la largeur et de l'épaisseur des parois cellulaires du cerne entier. Le nombre de cellules et la somme du diamètre des cellules (largeur des cernes) sont étroitement liés aux paramètres de la largeur des cernes obtenus par densitométrie. Le nombre de cellules et la largeur des cernes montrent aussi des tendances analogues dans les deux chronologies utilisées, ce qui suggère que l'épaisseur d'un cerne varie en fonction du nombre de cellules qu'il contient. Le diagramme du rapport entre la double épaisseur des parois cellulaires et le diamètre radial des cellules montre un profil similaire à celui des données densitométriques. La corrélation entre la densité maximale et le plus haut rapport annuel entre l'épaisseur de la paroi cellulaire et le diamètre du lumen est significative. L'épaisseur de la paroi cellulaire est significativement corrélée à la densité maximale qui concordent toutes deux avec les variables des températures estivales. Nos données montrent que l'anatomie du bois peut remplacer la densitométrie lors de reconstitutions climatiques, cette dernière technique n'étant pas toujours disponible à cause des coûts élevés de l'équipement. La méthode anatomique est particulièrement intéressante en dendroécologie, lorsqu'il s'agit d'analyser les variations intra-annuelles des cernes de croissance.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2002

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