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Effects of turnover and internal variability of tree root systems on modelling coarse root architecture: comparing simulations for young Populus deltoides with field data

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Abstract:

The behaviour of the FracRoot model, which describes coarse-root architecture based on proximal root diameters using a recursive algorithm, was studied using field data on Populus deltoides Bartr. ex Marsh. in a short-rotation plantation. Roots were described as a branching, hierarchical network of connected links. Diameters of daughter links were estimated from the diameter of the mother link using scaling parameter p and allocation parameter q, which were based on sharing of the root cross-sectional area by daughter links. Parameters were estimated from complete root excavations. The length of each link and the vertical and horizontal branching angle distributions were recorded. Parameter p values were distributed log-normally, and q values followed a beta distribution both for the whole root system and within 5 mm link diameter classes. Including the variability of p and q in the model did not significantly improve root length estimates compared with the use of mean p and q values over all branching points. Including a coarse-root turnover factor based on field-observed evidence on root mortality improved the model fit to field data. Root length was more sensitive to parameter values and turnover factor than root mass. Field observations and the importance of the turnover factor to simulation accuracy suggest that coarse-root turnover should be considered in root research, at least under conditions of strong competition or other external stress.

Le comportement du modèle «FracRoot» qui simule l’architecture des racines de transport des arbres à partir du diamètre des racines du collet à l’aide d’un algorithme récursif a été étudié avec des données de terrain sur le Populus deltoides Bartr. ex Marsh. cultivé en rotations courtes. Les racines ont été décrites sous la forme d’un réseau hiérarchisé et ramifié de liens connectés. Le diamètre des liens fils a été estimé à partir du diamètre du lien mère en utilisant un paramètre d’échelle p et un paramètre d’allocation q basés sur le partage de la surface radiale entre les liens fils. Les paramètres ont été estimés après une excavation complète du système racinaire. La longueur de chaque lien ainsi que la distribution des angles verticaux et horizontaux des ramifications ont été mesurées. Le paramètre p suivait une distribution log-normale et le paramètre q une distribution de type Bêta dans l’ensemble du système racinaire jusqu’aux classes de diamètres des liens de 5 mm. Le fait de tenir compte de la variabilité de p et q n’a pas significativement amélioré l’estimation de la longueur des racines comparativement aux simulations effectuées en appliquant la valeur moyenne de p et q à tous les points de ramification. Par contre, l’introduction d’un facteur qui tient compte du renouvellement des grosses racines sur la base d’indices de mortalité des racines observés sur le terrain améliore nettement la précision du modèle. La longueur des racines est plus sensible à la valeur des paramètres p et q et au facteur de renouvellement que la biomasse des racines. Les observations réalisées sur le terrain et l’importance du facteur de renouvellement des grosses racines pour la précision du modèle indiquent qu’on devrait tenir compte du renouvellement des grosses racines dans les recherches sur les racines, tout au moins dans des conditions de forte compétition ou d’exposition à des stress externes.

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2008

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