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Spatial dynamics of soil moisture and temperature in a black spruce boreal chronosequence

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Abstract:

This study analyzed the spatial dependencies of soil moisture and temperature in a six-stand chronosequence of boreal black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) stands. Spatial variability of soil temperature (TSOIL) was evaluated twice during the growing season using four transects in each stand, employing a cyclic sampling design with measurements spaced 2–92 m apart. Soil moisture (g) was measured on one occasion. A spherical model was used to analyze the geostatistical correlation structure; g and TSOIL at the 7- and 21-year-old stands did not exhibit stable ranges or sills. The fits with stable ranges and sills modeled the spatial patterns in the older stands reasonably well, although unexplained variability was high. Calculated ranges varied from 3 to 150 m for these stands, lengths probably related to structural characteristics influential in local-scale energy transfer. Transect-to-transect variability was significant and typically 5%–15% of the mean for TSOIL and 10%–70% for g. TSOIL and g were negatively correlated for most stands and depths, with TSOIL dropping 0.5–0.9 °C for every 1% rise in g. The results reported here provide initial data to assess the spatial variability of TSOIL and g in a variety of boreal forest stand ages.

Cette étude analyse les dépendances spatiales de l'humidité et de la température du sol dans une chronoséquence composée de six peuplements boréaux d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP). La variabilité spatiale de la température du sol a été évaluée à deux reprises pendant la saison de croissance à l'aide de quatre transects établis dans chaque peuplement en utilisant un dispositif d'échantillonnage cyclique avec des mesures espacées de 2 à 92 m. L'humidité du sol a été mesurée à une occasion. Un modèle sphérique a été utilisé pour analyser la structure de corrélation géostatistique. L'humidité et la température du sol des peuplements âgés de 7 et de 21 ans n'étaient pas associées à des écarts ou des seuils stables. Les modèles avec des écarts et des seuils stables reproduisaient raisonnablement bien les patrons spatiaux dans les plus vieux peuplements, quoique la variation non expliquée fût élevée. Les écarts calculés pour ces peuplements variaient de 3 à 150 m, ces distances étant probablement reliées aux caractéristiques structurales ayant de l'influence dans le transfert d'énergie à l'échelle locale. La variation entre les transects était significative et atteignait typiquement 5 % à 15 % de la température moyenne du sol et 10 % à 70 % de l'humidité moyenne du sol. La température et l'humidité du sol étaient négativement corrélées pour la plupart des peuplements et des profondeurs du sol, ce qui se caractérisait par une baisse de la température du sol de 0,5 à 0,9 °C pour chaque augmentation de 1 % de l'humidité du sol. Nos résultats fournissent les données initiales pour estimer la variation spatiale de la température et de l'humidité du sol pour une gamme d'âges de peuplements forestiers boréaux.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2006

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nrc/cjfr/2006/00000036/00000011/art00010
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