Influences of vegetation structure and elevation on CO2 uptake in a mature jack pine forest in Saskatchewan, Canada

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Abstract:

Carbon dioxide, water vapour, and energy fluxes vary spatially and temporally within forested environments. However, it is not clear to what extent they vary as a result of variability in the spatial distribution of biomass and elevation. The following study presents a new methodology for extracting changes in the structural characteristics of vegetation and elevation within footprint areas, for direct comparison with eddy covariance (EC) CO2 flux concentrations. The purpose was to determine whether within-site canopy structure and local elevation influenced CO2 fluxes in a mature jack pine (Pinus banksiana Lamb.) forest located in Saskatchewan, Canada. Airborne light detection and ranging (lidar) was used to extract tree height, canopy depth, foliage cover, and elevation within 30 min flux footprints. Within-footprint mean structural components and elevation were related to 30 min mean net ecosystem productivity (NEP) and gross ecosystem production (GEP). NEP and GEP were modeled using multiple regression, and when compared with measured fluxes, almost all periods showed improvements in the prediction of flux concentration when canopy structure and elevation were included. Increased biomass was related to increased NEP and GEP in June and August when the ecosystem was not limited by soil moisture. On a daily basis, fractional cover and elevation had varying but significant influences on CO2 fluxes.

Le dioxyde de carbone, la vapeur d’eau et les flux d’énergie varient dans l’espace et le temps dans les environnements forestiers. Cependant, nous ne savons pas dans quelle mesure ils varient en fonction de la variation des gradients de biomasse et d’altitude. Cette étude présente une nouvelle méthode pour extraire les caractéristiques de la structure de la végétation et les changements d’altitude à partir d’empreintes pour établir des comparaisons directes avec des concentrations de flux de CO2 calculées par la méthode de covariance des turbulences. Le but de l’étude était de déterminer si la structure de la canopée à l’intérieur d’une station et l’altitude locale influencent les flux de CO2 dans une forêt mature de pin gris située en Saskatchewan, au Canada. Un lidar aéroporté a été utilisé pour estimer la hauteur des arbres, la profondeur de la canopée, la couverture foliacée et l’altitude dans des empreintes de flux de 30 minutes. Les composantes structurales moyennes et l’altitude issues de ces empreintes ont été reliées aux valeurs moyennes sur des périodes de 30 minutes de la productivité nette de l’écosystème (PNE) et de la production brute de l’écosystème (PBE). La PNE et la PBE ont été modélisées à l’aide d’une régression multiple et, lorsqu’elles on été comparées aux flux mesurés, la prévision des concentrations de flux a été améliorée pour presque toutes les périodes quand la structure de la canopée et l’altitude étaient incluses dans le modèle. L’augmentation de la biomasse était reliée à des augmentations de PNE et de PBE en juin et en août lorsque la teneur en eau du sol ne limitait pas le fonctionnement de l’écosystème. Sur une base journalière, la proportion de couverture et l’altitude avaient une influence variable, mais significative, sur les flux de CO2.

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2008

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