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A new way to account for the effect of source-sink spatial relationships in whole plant carbon allocation models

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Abstract:

To improve source–sink relationship based carbon-allocation models, the basic proportional model was extended to account for a well-known effect of individual source to sink distances: among different sinks of similar characteristics, the more distant from the source, the lower the allocation coefficient. This was achieved through multiplication of the sink strength value by a coefficient that is proportional to a decreasing, simple function of distance, f; the power form was chosen for both simplicity and theoretical reasons. The resulting model was parameterized and evaluated on the empirical allocation matrix of the ECOPHYS model, after grouping together several individual, small sinks of similar nature and close location to remove any phyllotaxy-related bias. Both goodness of fit and predictive value were significantly improved compared with the basic proportional model (f = constant). The f-extended model yielded even better results if segments of different nature or age on the source to sink pathway were assigned different weights in the expression of distance, whereas the default expression of f, with an exponent of –1 and no additive constant, was optimal with no further parameter required. Thus, only 7 parameters (3 for pathway segment weights and 4 for sink strength values) were sufficient to retrieve the original 68 independent experimental allocation coefficients with a reasonable degree of accuracy. Pathway segment weights likely reflect both intrinsic transport pathway properties and situation within the plant architecture; this is discussed in relation to the possibilities of generalization and practical use of the model.

Dans le but d'améliorer les modèles d'allocation du carbone fondés sur les relations source–puits, on propose d'étendre le modèle proportionnel classique de façon à rendre compte d'un effet notoire des distances entre sources et puits : parmi différents puits ayant des caractéristiques similaires, la proportion des assimilats d'une source donnée qui est allouée à un puits est d'autant plus faible qu'il en est plus éloigné. Dans le modèle étendu proposé, cet effet est représenté en multipliant, dans l'expression du coefficient d'allocation, la valeur de la force du puits par un coefficient f qui est une fonction décroissante de la distance entre source et puits. Pour des raisons à la fois théoriques et de simplicité, on a attribué à f la forme simple d'une fonction puissance. Le modèle résultant a été paramétré et évalué sur la matrice d'allocation empirique du modèle ECOPHYS, après regroupement de petits puits individuels proches et de même nature afin de s'affranchir de tout biais lié à la phyllotaxie. La qualité de l'ajustement et la capacité de prédiction sont significativement améliorées par rapport au modèle proportionnel de base (f = constante). Les résultats sont encore améliorés lorsqu'on calcule la distance entre source et puits en attribuant différents poids aux différents segments (de nature ou d'âge variables) qui se succèdent sur le trajet de la source au puits. Les paramètres par défaut de la fonction puissance, avec un exposant de –1 et sans constante additive, s'avèrent alors optimaux. Ainsi, seuls 7 paramètres (3 pour les poids attribués aux différents segments de la voie de transport, et 4 pour les forces de puits) suffisent pour reconstituer les 68 coefficients d'allocation expérimentaux avec un degré de précision raisonnable. Les poids attribués aux différents segments de la voie de transport reflètent probablement à la fois des propriétés intrinsèques des voies de transport elles-mêmes et leur localisation au sein de l'architecture de la plante; cette question est discutée en relation avec les possibilités de généralisation et d'utilisation pratique du modèle.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2002

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