Interpreting the variations in xylem sap flux density within the trunk of maritime pine (Pinus pinaster Ait.): application of a model for calculating water flows at tree and stand levels

Abstract - Sap flux density was measured throughout a whole growing season at different locations within a 25-year-old maritime pine trunk using a continuous constant-power heating method with the aim of 1) assessing the variability of the sap flux density within a horizontal plane of the stem section and 2) interpreting the time shift in sap flow at different heights over the course of a day. Measurements were made at five height levels, from 1.3 to 15 m above ground level. At two heights (i.e. 1.30 m and beneath the lower living whorl, respectively), sap flux density was also measured at four azimuth angles. Additionally, diurnal time courses of canopy transpiration, needle transpiration, needle and trunk water potential, and trunk volume variations were measured over 4 days with differing soil moisture contents. At the single tree level, the variability of sap flux density with respect to azimuth was higher at the base of the trunk than immediately beneath the live crown. This has important implications for sampling methodologies. The observed pattern suggests that the azimuth variations observed may be attributed to sapwood heterogeneity caused by anisotropic distribution of the sapwoods hydraulic properties rather than to a sectorisation of sap flux. At the stand level, we did not find any evidence of a relationship between the tree social status and its sap flux density, and this we attributed to the high degree of homogeneity within the stand and its low LAI. An unbranched three-compartment RC-analogue model of water transfer through the tree is proposed as a rational basis for interpreting the vertical variations in water flux along the soil-tree-atmosphere continuum. Methods for determining the parameters of the model in the field are described. The model outputs are evaluated through a comparison with tree transpiration and needle water potential collected in the field. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Interprétation des variations de densité de flux de sève dans le tronc d'un pin maritime (Pinus pinaster Ait.): application d'un modèle de calcul des flux aux niveaux arbre et peuplement. La densité de flux de sève brute d'un pin maritime de 25 ans a été mesurée en continu à différentes positions du tronc et durant une saison de croissance complète, par une méthode à flux de chaleur constant, dans le but a) d'étudier la variabilité de la densité de flux dans la section transversale du tronc et b) d'analyser le décalage de temps du signal entre différentes hauteurs au cours de la journée. Les mesures ont été effectuées à cinq hauteurs, de 1,3 à 15 m au dessus du sol. À deux niveaux (1,3 m et sous la couronne vivante, respectivement) la densité de flux a été mesurée suivant quatre azimuts. L'évolution journalière de la transpiration du couvert, de la transpiration des aiguilles, du potentiel hydrique du tronc et des aiguilles et des variations de volume du tronc a aussi été mesurée durant quatre journées couvrant une gamme de niveaux d'humidité du sol. Au niveau arbre, la variabilité de la densité de flux de sève dans la section horizontale de l'aubier était plus élevée à la base du tronc que sous la couronne. Ceci pourrait s'expliquer par l'anisotropie des propriétés mécaniques et hydrauliques du bois dans le plan horizontal, classique chez le pin maritime, plutôt que par une sectorisation du flux liée à l'architecture de la couronne. Au niveau peuplement, aucune relation entre la densité de flux de sève et le statut social de l'arbre n'a été mise en évidence, ce qui s'explique par l'homogénéité du peuplement et son faible indice foliaire. Nous avons utilisé un modèle de transfert RC à trois compartiments pour interpréter les variations de flux de sève le long du transfert sol-aiguille. Les méthodes de détermination des résistance et capacitance de chaque compartiment sont décrites. Les sorties du modèle ont été comparées avec les mesures de transpiration, flux de sève et de potentiel hydrique mesurées dans deux peuplements âgés de 25 et 65 ans respectivement.. Le modèle explique assez bien les variations de flux observées le long du continuum sol-aiguille. Au cours de la sécheresse, on observe une augmentation importante (x 10) de la résistance du compartiment racine-tronc. Cette augmentation est moins importante dans les branches (x 2). Les capacitances sont peu affectées par la sécheresse. (© Inra/Elsevier, Paris.)