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Size-symmetric versus size-asymmetric competition and growth partitioning among trees in forest stands along an ecological gradient in central Europe

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Abstract:

Current individual tree growth models rarely consider the mode of tree competition, which can be size-asymmetric when growth is limited by light or size-symmetric when belowground resources are scarce. Even with the same competition index, growth reactions may vary considerably due to a prevailing resource limitation, as the dominant trees in a stand benefit disproportionately more on light-limited sites. To scrutinize and model the relationship between mode of competition and site conditions, 34 long-term experiments with 120 plots dating back to 1871 were used. The data cover the dominating tree species in central Europe along a broad range of ecological conditions. For Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.), Scots pine (Pinus sylvestris L.), and sessile oak (Quercus petrea (Matt.) Liebl.), stronger light competition can be shown on fertile sites compared with sites with poorer conditions. Based on these findings, we constructed an enhanced version of a classic potential modifier growth model. Simulations for archetypical stands yield a transition from size-asymmetric to size-symmetric competition along the gradient from fertile to poor sites that is not covered by traditional models. It was concluded that by integrating the interaction between competition and site quality, individual tree models become more site sensitive, a prerequisite for their application under fluctuating environmental conditions.

Les modèles courants de croissance des arbres individuels considèrent rarement le mode de compétition entre les arbres qui peut être asymétrique lorsque la croissance est limitée par la lumière, ou symétrique lorsque les ressources souterraines sont limitées. Même avec le même indice de compétition, la réaction en croissance peut varier considérablement à cause d’une limite prépondérante des ressources étant donné que les arbres dominants d’un peuplement ont un avantage disproportionné sur les stations où la lumière est limitée. Pour étudier et modéliser la relation entre le mode de compétition et les conditions de station, nous avons utilisé 34 expériences à long terme comprenant 120 placettes établies depuis 1871. Les données couvrent les espèces d’arbre dominantes de l’Europe centrale le long d’un vaste gradient de conditions écologiques. Dans le cas de l’épicéa commun (Picea abies (L.) Karst.), du pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) et du chêne sessile (Quercus petrea (Matt.) Liebl.), on peut observer une plus forte compétition pour la lumière sur les stations fertiles par rapport aux stations pauvres. En se basant sur ces résultats, nous avons mis au point une version améliorée d’un modèle classique de croissance doté d’un modificateur du potentiel. Les simulations pour des peuplements archétypaux ont produit une transition allant d’une compétition asymétrique vers une compétition symétrique le long d’un gradient allant de stations fertiles vers des stations pauvres. Or, on ne retrouve pas cette transition dans les modèles traditionnels. Nous concluons qu’en intégrant l’interaction entre la compétition et la qualité de station, les modèles d’arbre individuel deviennent plus sensibles aux effets de station, ce qui constitue un préalable pour leur application dans des conditions environnementales fluctuantes.

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2010

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