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Vertical gradients and tree-to-tree variation in shoot morphology and foliar nitrogen in an old-growth Pinus strobus stand

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Abstract:

Acclimation to ambient light has been assumed to be the principal cause of vertical gradients in leaf nitrogen, foliar morphology, and related traits in forest canopies. We examined the relative role of crown exposure, damage, and reproduction as correlates of vertical gradients in shoot and needle morphology, anatomy, and chemistry in a ~120-year-old stand of Pinus strobus L. (eastern white pine) in central Ontario. Internodes at the top of trees were longer, wider, and produced more fascicles, but had lower fascicle survivorship than lower-canopy shoots. Needles on upper-canopy shoots also had higher allocation to resin ducts than mid- or lower-canopy needles, contained less nitrogen on a mass basis, and showed a higher leaf mass per area, C/N ratio, and chlorophyll a/b ratio. Tree-to-tree variation among the 26 trees measured traits was high, owing, in part, to differences in crown damage and reproductive status. Crown damage was associated with reduced leaf mass per area and other traits associated with shade acclimation, while high cone production was associated with reduced leaf nitrogen and chlorophyll in the upper canopy. Our results suggest that factors other than light acclimation play an important role in determining vertical gradients in foliar morphology, nitrogen, and leaf production in forest canopies.

On assume que l'acclimatation à la lumière ambiante est la principale cause des gradients verticaux dans l'azote foliaire, la morphologie des feuilles et les caractéristiques qui y sont associées dans le couvert forestier. Nous avons étudié le rôle relatif de la reproduction, des dommages et de l'exposition de la cime en lien avec les gradients verticaux sur la chimie, l'anatomie et la morphologie des pousses et des aiguilles dans un peuplement de Pinus strobus L. (pin blanc) âgé d'environ 120 ans et situé dans le centre de l'Ontario. Au sommet de l'arbre, les entrenoeuds sont plus longs, plus larges et produisent plus de fascicules mais ceux-ci ont un taux de survie plus faible que les fascicules sur les pousses situées plus bas dans la cime. Les aiguilles sur les pousses situées dans le haut de la cime ont une plus forte allocation vers les canaux résinifères que les aiguilles situées au milieu ou dans la partie inférieure de la cime, contiennent moins d'azote par unité de masse et ont une masse foliaire spécifique, un rapport C/N et un rapport de chlorophylle a/b plus élevés. La variation entre les 26 arbres mesurés était forte, due en partie à l'état de reproduction et aux dommages dans la cime. Les dommages dans la cime sont associés à une plus faible masse foliaire spécifique et à d'autres caractéristiques reliées à l'acclimatation à l'ombre, tandis que la forte production de cônes est associée à une diminution de l'azote foliaire et de la chlorophylle dans la partie supérieure de la cime. Nos résultats indiquent que des facteurs autres que l'acclimatation à la lumière jouent un rôle important dans la détermination des gradients verticaux dans la morphologie de la feuille, l'azote et la production de feuilles dans le couvert forestier.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2003

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