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Validation and refinement of allometric equations for roots of northern hardwoods

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Abstract:

The allometric equations developed by Whittaker et al. (1974. Ecol. Monogr. 44: 233–252) at the Hubbard Brook Experimental Forest have been used to estimate biomass and productivity in northern hardwood forest systems for over three decades. Few other species-specific allometric estimates of belowground biomass are available because of the difficulty in collecting the data, and such equations are rarely validated. Using previously unpublished data from Whittaker’s sampling effort, we extended the equations to predict the root crown and lateral root components for the three dominant species of the northern hardwood forest: American beech (Fagus grandifolia Ehrh.), yellow birch (Betula alleghaniensis Britt), and sugar maple (Acer saccharum Marsh.). We also refined the allometric models by eliminating the use of very small trees for which the original data were unreliable. We validated these new models of the relationship of tree diameter to the mass of root crowns and lateral roots using root mass data collected from 12 northern hardwood stands of varying age in central New Hampshire. These models provide accurate estimates of lateral roots (<10cm diameter) in northern hardwood stands>20years old (mean error 24%–32%). For the younger stands that we studied, allometric equations substantially underestimated observed root biomass (mean error>60%), presumably due to remnant mature root systems from harvested trees supporting young root-sprouted trees.

Nous avons utilisé les équations allométriques mises au point par Whittaker et al. (1974. Ecol. Monogr. 44: 233–252) à la Forêt expérimentale de Hubbard Brook pour estimer la biomasse et la productivité de systèmes de forêt de feuillus nordiques pendant une période de plus de 30 ans. Il existe peu d’équations allométriques alternatives pour estimer la biomasse racinaire de chaque espèce parce qu’il est difficile de récolter les données et la performance de telles équations est rarement évaluée. En utilisant des données non encore publiées provenant de l’effort d’échantillonnage de Whittaker, nous avons élargi la portée des équations pour prédire la biomasse du collet et des racines secondaires des trois espèces dominantes de la forêt de feuillus nordiques: le hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia Ehrh.), le bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt) et l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.). Nous avons aussi modifié les modèles allométriques en éliminant l’utilisation des très petits arbres pour lesquels les données d’origine étaient peu fiables. Nous avons évalué la performance des nouveaux modèles allométriques reliant le diamètre des arbres à la masse du collet et des racines secondaires à l’aide de données de biomasse racinaire récoltées dans 12 peuplements de feuillus nordiques de différents âges situés au centre du New Hampshire. Ces modèles ont produit des estimations précises des racines secondaires (<10 cm de diamètre) dans les peuplements de feuillus nordiques âgés de plus de 20 ans (erreur moyenne de 24% à 32%). Dans le cas des plus jeunes peuplements étudiés, les équations allométriques ont substantiellement sous-estimé la biomasse racinaire observée (erreur moyenne >60%) probablement à cause du système racinaire rémanent des arbres matures récoltés qui supportent les jeunes arbres issus de rejets de souche.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2007

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