Estimating the mass density of fine roots of trees for minirhizotron-based estimates of productivity

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Abstract:

Allocation of carbon for the production of fine roots is a significant component of the carbon budget within trees. Transformation of fine-root volumes or lengths as seen with minirhizotrons into fine-root mass per unit of horizontal area requires an estimate of the mass density or specific root length of fine roots for the species of interest. We obtained values of mass density of fine roots using three different sampling strategies on temperate and boreal forested sites. The strategies examined were (1) the use of bulk root samples from soil cores, (2) the use of individual roots from seedlings, and (3) the use of individual roots from soil cores. Our results show that the mass density of fine roots taken from seedlings is strongly dependent on root diameter, as shown by the strong drop in mass density with a decrease in diameter in all species examined. However, the dependency of mass density of individual fine roots extracted from soil cores on root diameter varies with the species mixture. Examination of thin cross-sections of roots using microscopy reveals that the proportion of xylem cell walls as a percentage of total cell walls also decreases strongly as root diameter diminishes for seedling fine roots, but that this relationship is not as clear in fine roots obtained from soil cores. We conclude that using the mass density from core fine roots may yield the best estimate of fine-root productivity when deriving such a value from the analysis of minirhizotron images. We also discuss some of the problems associated with the use of specific root length.

L'allocation du carbone pour la production de racines fines est une composante importante du budget de carbone d'un arbre. La transformation en masse par unité de surface de sol des volumes ou longueurs de racines fines observées au moyen de minirhizotrons requiert l'utilisation de la densité massique ou de la longueur spécifique de ces racines pour l'essence sous étude. Nous avons mesuré la masse spécifique de racines fines en forêt boréale et tempérée au moyen de trois approches d'échantillonnage. Ces approches étaient (1) l'utilisation de l'échantillon entier provenant d'une carotte de sol, (2) l'utilisation de racines individuelles provenant de semis et (3) l'utilisation de racines individuelles provenant de carottes de sol. Selon nos résultats, les densités massiques mesurées sur les racines des semis sont très dépendantes du diamètre des racines fines et décroissent rapidement avec une baisse du diamètre. Les densités obtenues sur les racines provenant de carottes de sol ne sont dépendantes du diamètre des racines que pour un mélange d'essence particulier. L'observation de coupes transversales fines des racines montre que la proportion des parois du xylème en pourcentage de toutes les parois cellulaires décroît fortement avec une baisse du diamètre de la racine chez les racines issues des semis, mais que cette relation n'est pas aussi claire chez les racines issues des carottes de sol. À partir de ces résultats, nous recommandons l'utilisation de la densité massique mesurée sur les racines fines provenant des carottes de sol. Les problèmes associés à l'utilisation de la longueur spécifique racinaire sont aussi abordés dans le texte.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2005

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