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Issue
Ann. For. Sci.
Volume 55, Number 1-2, 1998
Page(s) 47 - 61
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:19980104
Ann. For. Sci. 55 (1998) 47-61
DOI: 10.1051/forest:19980104

Water flux in boreal forest during two hydrologically contrasting years; species specific regulation of canopy conductance and transpiration

Emil Clencialaa, Jiri Kucerab, Michael G. Ryanc and Anders Lindrothd

a  Department of Soil Sciences, Swedish University of Agricultural Sciences, Box 7014, 750 07 Uppsala, Sweden
b  Laboratory of Environmental Measuring Systems, Turisticka 5, 621 00 Brno, Czech Republic
c  Rocky Mountain Experiment Station, USDA Forest Service, Fort Collins, CO, USA
d  Department for Production Ecology, Swedish University of Agricultural Sciences, Box 7042, 750 07 Uppsala, Sweden

Abstract - We estimated the reduction of transpiration from drought for tree species in a mixed boreal 60-year-old stand in central Sweden. Actual transpiration was estimated from direct measurements of sap flow rate in Pinus sylvestris and Picea abies trees during two consecutive years with contrasting precipitation. Drought-induced reduction of transpiration (transpiration deficit) was quantified as the difference between the measured sap flow and the transpiration calculated for non-limiting soil water conditions. The drought-free transpiration was estimated on an hourly basis from Penman-Monteith equation with the parameterized canopy conductance (gc) functions for individual species. The values of gc for fitting a two-parameter function of radiation and vapour pressure deficit were obtained for a 3-d period by inverting the Penman-Monteith equation. Canopy conductance of pine was similar relative to spruce on ground area basis. This made gc of pine larger relative to spruce per leaf area unit, since pine tree foliage mass was about one third that of spruce. Transpiration deficit was small in the growth season of 1995. It reached about 10 % for spruce during the summer months. In 1994, however, the transpiration deficit was large for both species and extended throughout most of the growth season. During summer 1994, the decreased canopy conductance caused a 20 and 22 % reduction in gross photosynthesis for pine and spruce, respectively, indicating a loss of production of at least that proportion. Pines were less sensitive to drought spells as compared to the more shallow-rooted spruces. On the other hand, spruce utilised the precipitation incoming in small quantities more effectively and responded faster. Species composition of boreal forest can affect stand scale fluxes and this should be recognised by process models. (© Inra/Elsevier, Paris.)


Résumé - Flux d'eau dans une forêt boréale pendant deux années à pluviométrie contrastée ; régulation spécifique de la conductance du couvert et de la transpiration. La réduction de la transpiration sous l'effet de la sécheresse a été estimée dans une forêt boréale mélangée de 60 ans dans le centre de la Suède. La transpiration réelle a été estimée à partir des mesures directes de flux de sève chez Pinus sylvestris et Picea abies pendant deux années successives marquées par des précipitations contrastées. La réduction de transpiration (ou déficit de transpiration) liée à la sécheresse a été quantifiée par la différence entre le flux de sève mesuré et la transpiration calculée en conditions non limitantes de disponibilité en eau. La transpiration maximale a été estimée au pas de temps horaire à partir de l'équation de Penman-Monteith avec des paramètres de la fonction de conductance du couvert (gc) calibrés pour chacune des deux espèces. Les valeurs de gc pour ajuster une fonction à deux paramètres du rayonnement et du déficit de saturation de l'air ont été obtenues sur une période de 3 j par inversion de l'équation de Penman-Monteith. La conductance du couvert ramenée à l'unité de surface au sol du pin était du même ordre de grandeur que celle de l'épicéa. Mais sachant que la biomasse foliaire des pins n'était environ que d'un tiers de celle des épicéas, gc était plus grande chez le pin par unité de surface foliaire. Le déficit de transpiration a été faible pendant la saison de végétation 1995, atteignant environ 10 % chez l'épicéa pendant les mois d'été. En 1994, le déficit de transpiration a été important pour les deux espèces étudiées, et a duré une grande partie de la saison de végétation. Pendant l'été 1994, la réduction de la conductance du couvert a causé 20 % de réduction de photosynthèse brute chez les pins, et 22 % chez les épicéas, ce qui correspond à une perte de production sensiblement du même ordre. Les pins se sont montrés moins sensibles à la sécheresse que les épicéas, en liaison avec un système racinaire plus superficiel chez ces derniers. Toutefois, les épicéas ont montré une plus forte aptitude et une plus grande rapidité à utiliser les faibles précipitations. Ainsi, la composition en espèces de la forêt boréale peut influencer les flux à l'échelle du peuplement, ce qui doit être pris en compte dans les modèles. (© Inra/Elsevier, Paris.)


Key words: transpiration deficit / sap flow / spruce / pine / drought

Mots clés : déficit de transpiration / flux de sève / sécheresse / Picea abies / Pinus sylvestris