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Yield decline in Chinese-fir plantations: a simulation investigation with implications for model complexity

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Abstract:

A variety of competing hypotheses have been described to explain yield decline in Chinese-fir (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.) plantations. The difficulty in implementing field experiments suggests ecosystem modeling as a viable option for examining alternative hypotheses. We present a conceptual model of Chinese-fir yield decline and explore its merits using the ecosystem-based FORECAST model. Model results suggest that yield decline is caused primarily by a decline in soil fertility, largely as a consequence of slash burning in conjunction with short rotations. However, as tree leaf area declines, there is a transition (over subsequent rotations) from seed rain based competition to bud bank based competition, increasing the competitive impact of minor vegetation on tree growth. Short rotations increase understory survival between rotations and may cause a gradual shift from tree dominance to shrub/herb dominance over subsequent rotations. These effects are most evident on nutrient-poor sites, but understory competition poses a significant yield decline risk on good sites as well. We conclude that sustainable production in Chinese-fir plantations requires the avoidance of activities that compromise soil fertility and increase understory competition. The risk and severity of yield decline would be reduced by increasing rotation lengths and avoiding plantations on infertile sites.

Plusieurs hypothèses concurrentes ont été décrites pour expliquer le déclin du rendement des plantations de sapin chinois (Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.). La difficulté d’établir des expériences de terrain nous amène à considérer la modélisation des écosystèmes comme une option viable pour examiner des hypothèses concurrentes. Nous présentons un modèle conceptuel du déclin du rendement du sapin chinois et évaluons sa performance à l’aide du modèle FORECAST qui a l’écosystème pour fondement. Les résultats du modèle indiquent que le déclin du rendement est principalement causé par une diminution de la fertilité du sol qui serait en grande partie attribuable au brûlage des déchets de coupe jumelé à de courtes rotations. Cependant, avec la diminution de la surface foliaire des arbres, une transition s’opère (au fil des rotations), passant d’une compétition basée sur la pluie de graines vers une compétition basée sur la banque de bourgeons, ce qui augmente l’impact compétitif de la végétation basse sur la croissance des arbres. Les courtes rotations ont pour effet d’augmenter la survie des plantes de sous-bois entre les rotations et peuvent causer une transition graduelle d’une dominance des arbres vers une dominance des arbustes et des herbacées au fil des rotations. Ces effets sont plus manifestes dans les stations pauvres en nutriments, mais la compétition par les plantes de sous-bois risque aussi de diminuer significativement le rendement des bonnes stations. Nous concluons que pour obtenir une production soutenue des plantations de sapin chinois, on doit éviter les activités qui compromettent la fertilité du sol et augmentent la compétition des plantes de sous-bois. Le risque et la sévérité du déclin du rendement seraient diminués en augmentant la durée des rotations et en évitant d’établir des plantations sur des stations peu fertiles.

Document Type: Research Article

Publication date: 2007-09-01

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