Che Liu

Whole-tree Lagrangian optimal stomata model and its application to predicting cambial growth of tree stem

Liu C. (2024). Whole-tree Lagrangian optimal stomata model and its application to predicting cambial growth of tree stem. https://doi.org/10.14214/df.356

Tiivistelmä

Ilmaraot ovat tärkeä yhteys puiden fysiologisten prosessien ja ympäristön välillä, joten ilmarakosäädön mallintaminen on kriittisen tärkeää puiden toiminnan ja kasvun ymmärtämiseksi. Eräs ilmarakosäädön malli, jota on laajalti testattu, perustuu ilmarakosäädön optimointiin Lagrangen menetelmällä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli laajentaa optimaalinen ilmarakosäätömalli koko puun tasolle, ja yhdistää se rungon paksuuskasvun malliin. Tässä työssä kehitelty uusi malli yhdistää ilmarakosäädön yhteyttämisen ei-ilmarakoisille rajoitteille, maan vesipitoisuuteen, entsymaattiseen aktivaatioon ja rungon paksuuskasvun fenologiaan. Malli tarvitsee syötteenä meteorologisia suureita, valon määrää, sekä maan vesipitoisuutta, ja se ennustaa haihdunnan, yhteyttämisen sekä paksuuskasvun 30 minuutin aikaresoluutiolla. Malli parametrisoitiin Bayesilaista päättelyä käyttäen, ja sen ennusteita verrattiin mittauksiin männyn (Pinus sylvestris) ja kuusen (Picea abies) toiminnasta Suomessa suolla sekä kivennäismaalla. Malli onnistui hyvin simuloimaan puiden haihduntaa ja rungon läpimitanmuutoksia. Malliparametrien tilastollinen analyysi osoitti, että nuorilla/lyhyillä puilla oli aina suurempi ilmarakojohtavuus vanhoihin/pitkiin puihin verrattuna tyypillisillä ilman kyllästysvajeen ja valon määrän arvoilla. Analyysi osoitti myös, että puiden hydraulinen johtavuus maasta juuriin sekä minimaalinen marginaalinen vedenkäyttötehokkuus korreloi positiivisesti lehtipinta-alan ja mantopuupinta-alan suhteeseen. Paksuuskasvun mallinnettu kesto korreloi positiivisesti lehtipinta-alaspesifisen kasvukauden kokonaisyhteyttämismäärän kanssa kostealla suolla, mutta samaa korrelaatiota ei havaittu kuivemmalla kivennäismaalla. Lisäksi muut paksuuskasvun fenologiset parametrit eivät korreloineet yhteyttämisen kanssa kummallakaan kasvupaikalla, mikä viittaa siihen, että yhteyttäminen yksin ei riitä kuvaamaan boreaalisten puiden paksuuskasvun fenologiaa. Malli antaa helposti käytettävän työkalun puiden ekofysiologian ja paksuuskasvun mallintamiseen, sekä näkemystä laajemman skaalan hiilinielujohteiseen kasvillisuuden mallintamiseen.

Avainsanat
Bayesilainen päättely; puiden paksuuskasvu; mekanistinen mallintaminen; ilmarakosäädön optimaalisuus; puiden hydrauliikka

Julkaistu 17.10.2024

Katselukerrat 289

Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.356 | Lataa PDF

Osajulkaisut

Liu Ch, Hölttä T, Tian X-L, Berninger F, Mäkelä A (2020) Weaker light response lower stomatal conductance and structural changes in old boreal conifers implied by a Bayesian hierarchical model. Frontiers in Plant Science 11, article id 579319.

https://doi.org/10.3389/fpls.2020.579319

Liu Ch, Wang Q, Mäkelä A, Hökkä H, Peltoniemi M, Hölttä T (2022) A model bridging waterlogging, stomatal behaviour and water use in trees in drained peatland. Tree Physiology 42: 1736-1749.

https://doi.org/10.1093/treephys/tpac037

Liu Ch, Peltoniemi M, Alekseychik P, Mäkelä A, Hölttä T (2024) A coupled model of hydraulic eco-physiology and cambial growth at high temporal resolution – accounting for biophysical limitations and phenology improves stem diameter prediction at high temporal resolution. Plant, Cell & Environment. In press.

---