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Quantifying the interrelationship between tree stand growth rate and water table level in drained peatland sites within Central Finland

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Abstract:

The quantitative relationship between stand growth rate and water table level in peatland forest sites has not been fully ascertained in the literature. In this study, we investigated this relationship by means of a bivariate regression model. Tree and stand attributes, including volume and past 5-year volume growth as well as median water table depth (WTM) during the 1984 growing season, were observed in 69 Scots pine (Pinus sylvestris L.) sample stands with three subplots established in each stand. All stands were located in deep-peated, moderately rich to poor organic soil sites in Central Finland (61°45′–62°26′N, 22°40′–28°29′E) that had been ditched for forestry about 25years earlier (1959–1961). Prediction models for the fixed mean functions for 5-year volume growth and WTM as well as estimates for variances and the correlation of random effects at plot and subplot levels were estimated simultaneously using bivariate regression methods. The correlation of model residuals at the plot level was highly significant. The model was applied to simulate stand volume development for a period of 20years. Simulations illustrated the dynamic interaction of stand volume, volume growth, and soil water levels: deep initial WTM resulted in stand growth and volume-development increases and subsequently further deepened the WTM in the stand. The model can be applied to southern boreal drained Scots pine peatlands to estimate the WTM in different stand volume conditions and to assess the effect of stand management on WTM.

La relation quantitative entre le taux de croissance d’un peuplement et le niveau de la nappe phréatique dans les tourbières boisées n’a pas été clairement établie dans la littérature. Dans cette étude, avons étudié cette relation à l’aide d’un modèle de régression bivariée. Les caractéristiques des arbres et du peuplement, incluant le volume, l’accroissement en volume des cinq dernières années et la profondeur médiane de la nappe phréatique (NPM) pendant la saison de croissance 1984, ont été observées dans 69 peuplements de pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) à l’intérieur desquels trois sous-placettes ont été établies. Tous les peuplements étaient établis sur des sols organiques profonds, modérément riches à pauvres, situés au centre de la Finlande (61°45′–62°26′N, 22°40′–28°29′E) et qui avaient été drainés environ 25 ans plus tôt (1959–1961). Des modèles de prévision pour les fonctions fixes moyennes dans le cas de l’accroissement quinquennal en volume et de la NPM, de même que l’estimation de la variance et de la corrélation entre les effets aléatoires, aux échelles de la placette et de la sous-placette, ont été estimés simultanément à l’aide d’une méthode de régression bivariée. La corrélation des résidus du modèle à l’échelle de la placette était hautement significative. Le modèle a été utilisé pour simuler l’évolution du volume du peuplement pendant une période de 20 ans. Les simulations illustrent l’interaction dynamique entre le volume du peuplement, l’accroissement en volume et le niveau de la nappe phréatique. Ainsi, une NPM initialement basse a entraîné une augmentation de la croissance du peuplement et du volume, ce qui a par la suite abaissé davantage la NPM dans le peuplement. Le modèle peut être appliqué aux tourbières de pin sylvestre drainées situées au sud de la zone boréale pour estimer la profondeur de la NPM dans des peuplements supportant différents volumes et pour évaluer les effets de l’aménagement forestier sur la NPM.

Document Type: Research Article

Publication date: 2008-07-01

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