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A framework for modeling the dynamics of first-order branches and spatial distribution of knots in loblolly pine trees

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A stochastic model to simulate the processes of initiation, diameter growth, death, and self-pruning of branches in loblolly pine (Pinus taeda L.) trees is presented. Information on whorl formation and branch growth was obtained from destructive sampling of whorl sections from 34 trees growing under 10 different initial spacings. Three different components were modeled and hierarchically connected: whorl, branches, and knots. For each new growing season, whorls and branches are assigned stochastically along and around the stem. Thereafter, branch diameter growth is predicted as a function of relative location within the live crown and stem growth. The branch model was linked to an individual-tree growth model, PTAEDA3.1, to simulate the dynamics of first-order branches arising from the main stem. Information on (i) vertical trend of branch diameter along and around the stem, (ii) volume of knots (live and dead portions), and (iii) spatial location, size, and type (live and dead) of knots can be obtained. In its current stage, the framework allows evaluation of the quality of trees and sawlogs produced, inclusion of additional wood properties, and linkage with industrial conversion processes (e.g., sawing simulation). However, further research is needed to obtain data on branch dynamics to validate the overall performance of the model and improve developed submodels.

Les auteurs présentent un modèle stochastique permettant de simuler le processus d’initiation, la croissance diamétrale, la mortalité et l’élagage naturel des branches de pin à encens (Pinus taeda L.). L’information portant sur la formation des verticilles et sur la croissance des branches a été obtenue par un échantillonnage destructif de sections de verticilles provenant de 34 arbres représentatifs de dix niveaux d’espacement initial. Trois composantes ont été modélisées et reliées de manière hiérarchique: le verticille, les branches et les nœuds. Pour chaque nouvelle saison de croissance, les verticilles et les branches sont assignés de manière stochastique le long de la tige et autour de celle-ci. Par la suite, la croissance diamétrale des branches est prédite en fonction de sa position relative à l’intérieur de la cime vivante et de la croissance de la tige. Le modèle de branches a été lié au modèle de croissance de l’arbre individuel PTAEDA3.1 afin de simuler la dynamique des branches de premier ordre qui partent de la tige principale. Il est possible d’obtenir de l’information au sujet (i) de la tendance verticale du diamètre des branches le long de la tige et autour de celle-ci, (ii) du volume des nœuds (portions vivantes et mortes) et (iii) de la localisation spatiale, de la dimension et du type de nœuds (vivants ou morts). Dans l’état actuel de développement, la structure du modèle permet d’évaluer la qualité des arbres et des billes de sciage produites, d’inclure d’autres propriétés du bois et d’établir un lien avec les processus de transformation industrielle (p. ex. la simulation du sciage). Cependant, d’autres travaux de recherche sont nécessaires afin d’obtenir des données sur la dynamique des branches pour valider la performance générale du modèle et améliorer les sous-modèles qui ont été développés.

Document Type: Research Article

Publication date: 2009-03-01

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  • Published since 1971, this monthly journal features articles, reviews, notes and commentaries on all aspects of forest science, including biometrics and mensuration, conservation, disturbance, ecology, economics, entomology, fire, genetics, management, operations, pathology, physiology, policy, remote sensing, social science, soil, silviculture, wildlife and wood science, contributed by internationally respected scientists. It also publishes special issues dedicated to a topic of current interest.
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