Ann. For. Sci. 55 (1998) 13-27
DOI: 10.1051/forest:19980102

Sapflow measurements in forest stands: methods and uncertainties

Barbara Köstner^a, André Granier^b and Jan Cermák<sup>c

a</sup>  Department of Plant Ecology II, Bayreuth Institute for Terrestrial Ecosystem Research (BITÖK), University of Bayreuth, 95440 Bayreuth, Germany
^b  Centre de recherches forestières, Inra, Champenoux, BP 35, 54280 Champenoux, France
^c  Institute of Forest Ecology, Mendel's Agricultural and Forest University, Zemedelska 3, CS-61300 Brno, Czech Republic

Abstract - This paper discusses the respective advantages and disadvantages of three sapflow techniques used for measuring tree transpiration in forests: heat pulse velocity, tissue heat balance (Cermák-Type), and radial flowmeter (Granier-Type). In the EUROFLUX programme, aiming at analysing and modelling water and CO₂ fluxes above European forests, the two latter techniques are used at several sites. These two techniques were compared on the same trees, and resulted in similar flux estimates. Principal problems of the methods are linked with the influence of natural thermal gradients in the trunks and with effects of heat storage and conduction within the tissue. Sapflow probes can be typically left in place during one vegetation period, without any apparent modification of water transfer properties of the xylem. Different sources of sap flux variability related to temporal and spatial scale are discussed. Accuracy of sapflow estimates at the stand level can only be achieved by appropriate sample size of flux measurements and structural scalars. In a homogeneous, untreated stand, the appropriate sample size is usually about ten but increases depending on species, conducting type of the xylem and spatial heterogeneity of the site. It is recommended to combine sapflow measurements with eddy covariance techniques in order to separate tree transpiration from total forest water vapor flux and to examine spatial heterogeneity of fluxes within forest stands. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Mesure du flux de sève dans les peuplements forestiers : méthodes et incertitudes. Cet article analyse les avantages et les inconvénients respectifs des trois principales méthodes de mesure du flux de sève dans les arbres: les impulsions de chaleur, et les méthodes à chauffage continu : bilan d'énergie du xylème (Cermák) et fluxmètre radial (Granier). Ces deux dernières techniques sont utilisées en routine sur plusieurs sites dans le cadre du programme Euroflux, qui porte sur l'analyse et la modélisation des flux d'eau et de CO₂ au-dessus des forêts européennes. Ces deux méthodes ont pu être comparées sur les mêmes arbres, et ont donné des résultats très proches. Les problèmes majeurs dans l'utilisation de ces méthodes sont liés aux modifications du signal par les gradients thermiques qui existent naturellement dans le tronc des arbres, et par les phénomènes de stockage et de transfert de la chaleur dans les tissus. En général, ces capteurs peuvent rester en place dans les troncs pendant une saison de végétation, sans influence apparente sur les propriétés de transfert hydrique de la zone du xylème mesurée. Les différentes sources de variabilité temporelle et spatiale des mesures de flux de sève sont discutées ; on constate en général que la variabilité intraarbre est du même ordre de grandeur que celle entre les arbres. La précision dans l'estimation de la transpiration à l'échelle de la parcelle dépend de la taille de l'échantillon pour les mesures de flux et de la variable de changement d'échelle. Le nombre de capteurs de mesure à mettre en oeuvre pour avoir une estimation acceptable de la transpiration d'une population homogène est de l'ordre de 10, mais ce nombre peut augmenter selon l'espèce étudiée, le type de tissu conducteur et avec l'hétérogénéité de la parcelle. En conclusion, il est recommandé, dans ces projets de recherche sur la mesure des flux d'eau et de carbone dans les écosystèmes forestiers, de combiner les mesures de flux de sève à la méthode des corrélations turbulentes, pour pouvoir séparer la transpiration des arbres du flux total de vapeur d'eau, et pour analyser l'hétérogénéité spatiale des flux hydriques dans les peuplements forestier. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: xylem sapflow methods / calibration / comparison / scaling / forests

Mots clés : flux de sève / étalonnage / comparaison / échelle / forêt