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Evaluation of irradiance metrics with respect to predicting sapling growth

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Abstract:

Accurate and efficient measurement of photosynthetically active radiation (PAR) is critical in ecological studies. We evaluated 25 metrics of PAR with respect to predicting growth of sugar maple (Acer saccharum Marsh.) and white ash (Fraxinus americana L.) saplings from understory to large gap conditions. PAR metrics were derived from gallium arsenide photodiodes, hemispherical canopy photographs (film and digital), and a LI-COR LAI-2000 plant canopy analyzer. In general, percent canopy openness, estimated with film photographs or LAI-2000, best predicted growth. Mean daily photosynthetic photon flux density (PPFD) from photodiodes ranked intermediate; direct beam radiation (from digital and film photographs) was among the poorest growth predictors. Metrics that integrate direct radiation may be relatively poor predictors of growth, because sunflecks were above PPFD levels at which photosynthesis saturates but fully contributed to the calculation of mean daily PPFD. Mean daily PPFD based on truncated sunflecks (to PPFD levels at which photosynthesis saturates) improved predictions of white ash radial growth. Film canopy photographs and the LAI-2000 had relatively low measurement error (indicated by repeatability). High contrast in film photographs, compared to digital, reduced ambiguity in manual thresholding. From a plant-centered perspective, percent canopy openness measured with either the LAI-2000 or film hemispherical photographs provided the best growth predictions.

La mesure précise et efficace du rayonnement photosynthétiquement actif (RPA) est cruciale dans le cadre des études écologiques. Nous avons évalué 25 variables du RPA dans le but de prédire la croissance de gaules d’Acer saccharum Marsh. et de Fraxinus americana L. croissant dans des conditions rencontrées en sous-étage jusqu’aux conditions présentes dans les grandes trouées. Les variables du RPA ont été dérivées de photodiodes à l’arséniure de gallium, de photographies hémisphériques de la canopée (film et digitale) et du LAI-2000 de Li-Cor. En général, la meilleure prédiction de la croissance a été obtenue avec le pourcentage d’ouverture de la canopée estimé à l’aide de photos sur film ou avec le LAI-2000. Les valeurs journalières moyennes de densité de flux de photons photosynthétiques (DFPP) estimées à partir de photodiodes ont produit des résultats intermédiaires alors que le rayonnement direct (à partir de photos sur film ou digitales) se classait parmi les moins bonnes variables de prédiction de la croissance. Il est possible que les variables qui intègrent le rayonnement direct soient de relativement mauvais prédicteurs de la croissance parce que les taches de lumière atteignaient des valeurs supérieures aux niveaux de DFPP associés à la saturation de la photosynthèse, mais contribuaient pleinement au calcul des moyennes journalières de DFPP. Les prédictions de la croissance radiale de F. americana ont été améliorées en utilisant les moyennes journalières de DFPP basées sur des valeurs tronquées des taches de lumière (à des niveaux de DFPP associés à une saturation de la photosynthèse). Les photos de la canopée sur film et le LAI-2000 ont produit des erreurs de mesure relativement faibles comme l’indique la répétabilité. Le fort contraste des photos sur film, comparativement aux photos digitales, a diminué l’ambiguïté reliée à la fixation manuelle du seuil. D’une perspective centrée sur la plante, le pourcentage d’ouverture de la canopée mesuré avec le LAI-2000 ou des photos hémisphériques sur film ont fourni les meilleures prédictions de la croissance.

Document Type: Research Article

Publication date: 2007-07-01

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