Ann. For. Sci. 55 (1998) 125-139
DOI: 10.1051/forest:19980108

Estimating tree canopy water use via xylem sapflow in an old Norway spruce forest and a comparison with simulation-based canopy transpiration estimates

Barbara Köstner, Eva M. Falge, Martina Alsheimer, Ralf Geyer and John D. Tenhunen

Bayreuth Institute for Terrestrial Ecosystem Research (BITÖK), Department of Plant Ecology , University of Bayreuth, 95440 Bayreuth, Germany

Abstract - Tree xylem sapflow rates of 140-year-old Norway spruce (Picea abies) were scaled to the stand level and compared to canopy transpiration predicted by the stand gas exchange model STANDFLUX. Variation in sapflux densities between individual sensors was high (coefficient of variance = 0.4) and included both variation within and between trees, but it was not different between two applied sapflow methodologies (radial flowmeter according to Granier, variable heating tissue heat balance method according to Cermák and Kucera). During the morning, a time-lag of typically 2 h elapsed between sapflow (E_f) and predicted canopy transpiration rate (E _p). During this time total water use was as high as 0.3 mm, which was less than the estimated capacity of easily available water in the tree canopy (0.45 mm, on average 14 L per tree). Canopy conductance derived from stand sapflow rates (g_f) and from STANDFLUX (g _p) was in the same range (g_tmax: 10 mm s^-1), but a stronger decline with increasing vapor pressure deficit of the air (D) was observed for g_f as compared to g_p with current model parameterization. Tree water uptake measured by xylem sapflow was higher during spring and somewhat lower during summer compared with E_p. Seasonal sums of transpiration from April to October amounted to 108 and 103 mm season^-1 for E _f and E_p, respectively. Estimated tree water uptake during night increased with D up to 0.5 mm per dark period (on average 16 L per tree) which was 10-140 % of total daily flux. Because this flow rate did not increase with further increases in D during night, it is concluded that it reflects the refilling of easily exchangeable water in the trees rather than a rate of night transpiration. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Estimation de la consommation en eau des arbres à partir de la mesure du flux de sève brute dans un peuplement âgé d'épicéa, et comparaison avec un modèle de transpiration du couvert. Les mesures de flux de sève brute réalisées dans un peuplement d'épicéa (Picea abies) âgé de 140 ans ont été extrapolées à l'échelle du peuplement et comparées à la transpiration du couvert prédite par le modèle Standflux. La variabilité des densités de flux entre les mesures individuelles était élevée (coefficient de variation de 0,4), liée aussi bien à la variabilité intraarbre qu'interarbres, mais les mesures ne différaient pas entre les deux méthodes utilisées (fluxmètre radial de Granier, et bilan d'énergie à chaleur variable de Cermak et Kucera). Au cours de la matinée, un déphasage, atteignant typiquement 2 h, se produisait entre le flux de sève (E_f) et la transpiration prédite (E _p). L'équivalent en eau correspondait à 0,3 mm pour cette durée, ce qui est inférieur à la quantité d'eau facilement disponible dans le couvert des arbres (0,45 mm, soit en moyenne 14 L par arbre). La conductance de couvert, calculée à partir des mesures de flux de sève du peuplement (g_f) et du modèle Standflux (g _p), étaient du même ordre de grandeur (g_max : 10 mm s-1), mais une décroissance plus forte, en relation avec l'augmentation du déficit de saturation de l'air (D), était observée pour g_f comparé à g_p, avec la paramétrisation actuelle du modèle. La consommation en eau par les arbres mesurée à partir du flux de sève était plus élevée au printemps, et relativement plus faible en été, par rapport à E _p. Les cumul saisonniers de transpiration entre avril et octobre ont atteint 108 mm saison^-1 et 103 mm saison^-1 pour E_f et E_p, respectivement. La consommation en eau par les arbres durant la nuit augmentait avec D jusqu'à 0,5 mm par nuit (soit en moyenne 16 L par arbre), ce qui correspondait à 10 à 140 % du flux total journalier. Comme ce flux n'augmentait pas notablement au-delà d'un certain seuil de D pendant la nuit, il a été conclu que ce flux reflétait plus le remplissage du réservoir d'eau facilement échangeable des arbres plutôt qu'une véritable transpiration nocturne. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: forest transpiration / forest conductance / night water uptake / stand gas exchange model / Picea abies

Mots clés : transpiration de la forêt / conductance / absorption hydrique nocturne / modèle de transpiration / Picea abies