Temporal variability of aging error and its potential effects on black spruce site productivity estimations

• Aging error of black spruce trees increased with stand age.
• Aging errors induced overestimation of site productivity.
• Trees had slower early growth compared to Pothier and Savard’s (1998) models.
• Growth increased over a longer time period compared to theoretical curves.
• Early growth of older trees was slower than early growth of younger trees.

As a black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP) tree expands its adventitious rooting system, its root collar is amalgamated into the stump. Total tree age determined by ring counts at ground level or 1 m height on the stem is thus underestimated. This age underestimation would increase with stand age because of the continuous growth of adventitious roots and the sinking of the stem under its own weight. Tree age underestimation could lead to productivity overestimation. The goal of this study was to evaluate the effect of stand age on aging error of trees and productivity estimation. Three trees within each of fifteen non-paludified and naturally regenerated black spruce stands aged 37–204 years were excavated to harvest the stump and locate the root collar. Stump sections were cross-dated down to the root collar to obtain trees’ total biological age which was then compared to a ring count done at 1 m height. Height and volume growth curves obtained by stem analysis were compared with those derived from Pothier and Savard’s (1998) models. Age difference between total biological age and age at 1 m (aging error) ranged 9–58 years and significantly increased with stand age. Site indices (SI; height of trees at 50 years of age) were significantly over-estimated by using age at 1 m, and the overestimation significantly increased with stand age and aging error. The use of age at 1 m lead to poor modeling of height- and volume-growth trajectories, as early height and volume-growth obtained through stem analysis was slower than predicted and stand senescence also occurred later. Due to their period of horizontal growth, seedlings don’t accumulate any height during the first years. Additionally, early tree growth of our oldest trees seems to have been slower than early growth of our younger trees, probably because of less favorable growing conditions. Despite large differences between volume and height growth trajectories, predicted volumes from theoretical SI calculations were not significantly different from observed values using stem analysis, at the time of sampling. Predictive models should nevertheless be adjusted by using total biological age or time since the last fire, to consider the first years of slow growth and to obtain more accurate productivity estimations.

RésuméL’épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP) développe continuellement ses racines adventives. Le collet de l’arbre se retrouve englobé à l’intérieur de la souche et localisé sous la surface du sol. Un âge déterminé par un décompte de cernes au niveau du sol ou à 1 m de hauteur sur la tige est donc sous-estimé. Cette sous-estimation de l’âge devrait augmenter avec l’âge du peuplement par la croissance continue des racines adventives et l’enfouissement progressif de la base de la tige sous son propre poids. Or, une sous-estimation de l’âge des arbres devrait entrainer une surestimation de leur productivité. Le but de cette étude était d’évaluer l’effet de l’âge du peuplement sur l’erreur d’estimation de l’âge et l’estimation de la productivité. Trois arbres de quinze peuplements âgés de 37 à 204 ans, non paludifiés et régénérés naturellement après feu ont été excavés et leur souche récoltée. Les sections de souche ont été inter-datées jusqu’au collet et l’âge total a été comparé à un décompte de cernes à 1 m de hauteur. Les courbes de hauteur et volume obtenues par analyse de tiges ont été comparées à celles dérivées des modèles de Pothier et Savard (1998). La différence entre l’âge réel et celui à 1 m variait de 9 à 58 ans et augmentait avec l’âge du peuplement. Les indices de qualité de station (IQS; hauteur à un âge de 50 ans) étaient significativement surestimés quand l’âge à 1 m était utilisé, et la surestimation augmentait avec l’erreur d’âge et l’âge du peuplement. L’utilisation de l’âge à 1 m a induit une mauvaise modélisation des trajectoires de croissance en hauteur et volume. La croissance juvénile réelle en hauteur et volume était plus lente que celle prédite avec l’âge à 1 m. Les années de croissance englobées dans la souche font que les semis n’accumulent aucune hauteur pendant les premières années de vie. La sénescence des peuplements semblait également survenir plus tardivement. De plus, la croissance juvénile des arbres les plus vieux était plus lente que celle des arbres plus jeunes, possiblement à cause de conditions de croissance moins favorables. Bien que les valeurs prédites de volumes ne différaient pas significativement des valeurs observées par analyse de tige, les modèles de croissance devraient être ajustés en utilisant l’âge total des arbres ou le temps depuis le dernier feu, afin de considérer les premières années de croissance et obtenir une meilleure estimation de la productivité.