Seasonal variation of water uptake of a Quercus suber tree in Central Portugal

Hydraulic redistribution (HR) is the phenomenon where plant roots transfer water between soil horizons of different water potential. When dry soil is a stronger sink for water loss from the plant than transpiration, water absorbed by roots in wetter soil horizons is transferred toward, and exuded into dry soil via flow reversals through the roots. Reverse flow is a good marker of HR and can serve as a useful tool to study it over the long-term. Seasonal variation of water uptake of a Quercus suber tree was studied from late winter through autumn 2003 at Rio Frio near Lisbon, Portugal. Sap flow was measured in five small shallow roots (diameter of 3–4 cm), 1 to 2 m from the tree trunk and in four azimuths and at different xylem depths at the trunk base, using the heat field deformation method (HFD). The pattern of sap flow differed among lateral roots as soil dried with constant positive flow in three roots and reverse flow in two other roots during the night when transpiration ceased. Rain modified the pattern of flow in these two roots by eliminating reverse flow and substantially increasing water uptake for transpiration during the day. The increase in water uptake in three other roots following rain was not so substantial. In addition, the flux in individual roots was correlated to different degrees with the flux at different radial depths and azimuthal directions in trunk xylem. The flow in outer trunk xylem seemed to be mostly consistent with water movement from surface soil horizons, whereas deep roots seemed to supply water to the whole cross-section of sapwood. When water flow substantially decreased in shallow lateral roots and the outer stem xylem during drought, water flow in the inner sapwood was maintained, presumably due to its direct connection to deep roots. Results also suggest the importance of the sap flow sensor placement, in relation to sinker roots, as to whether lateral roots might be found to exhibit reverse flow during drought. This study is consistent with the dimorphic rooting habit of Quercus suber trees in which deep roots access groundwater to supply superficial roots and the whole tree, when shallow soil layers were dry

Continuité des flux hydriques dans le système sol-racines-tronc. Cas des arbres fruitiers

L'analyse des flux de sève, mesurés par voie thermique, dans les racines et le tronc d'un pommier, couplée à l'étude des transferts de l'eau dans le sol, est utilisée pour étudier le transfert de celle-ci dans le système sol-plante. On montre qu'il existe une hétérogénéité des flux dans le tronc et entre les différents faisceaux racinaires de l'arbre, ces hétérogénéités étant bien corrélées. Leurs amplitudes dépendraient de l'hétérogénéité de densité racinaire en sol hydriquement homogène et en sol hydriquement hétérogène de l'hétérogénéité d'humectation locale des différents horizons du sol. La répartition spatiale des pertes en eau journalières mesurées dans le sol étant de plus bien corrélée à la structure spatiale des extractions d'eau par les racines primaires de l'arbre, on en conclut qu'il existe une continuité des flux entre un secteur de sol donné, le faisceau racinaire qu'il contient et le secteur du tronc correspondant au faisceau racinaire.Continuity of water transfer in soil-plant system: the case of fruit trees. A thermal method for measuring sap flow in apple-tree trunks and roots, combined with a water-soil transfer study has been utilized to investigate water transfer in a soil-plant system. It has been shown that: i) heterogeneities of sap flux are present in apple-tree trunk and root systems; ii) these heterogeneities are closely correlated and induced either by the heterogeneity of root density in moistened homogeneous soil or by the heterogeneity of different soil horizon wetting in moistened heterogeneous soil; and iii) the spatial distribution of daily water-soil loss is in agreement with the spatial distribution of water-soil extraction by the different root bundles. It has been concluded that a continuous flow exists between one soil sector, the root bundle present in that soil sector, and the trunk sector corresponding to the root bundle

Flux de sève et alimentation hydrique de cerisiers irrigués ou non en localisation

Sap flow and water consumptive use in cherry trees irrigated or not irrigated under trickle irrigation. Hydric behaviour of cherry trees, irrigated under trickle irrigation and non-irrigated (table I), are investigated. Irrigation rate is controlled by tensiometry. Sap fluxes in cherry trees are measured by a thermal method, hourly branch diameter variations by micromorphometry, and water soil transfer by neutronometry and tensiometry (fig 1). It has been shown that: i) a general heterogeneity of sap fluxes is present in different sectors of a cherry tree trunk section (fig 2; table II). The heterogeneity is closely correlated and induced by the spatial and temporal heterogeneity of different soil sector wetting in relation to local root bundles (fig 3); under irrigation, the ratio between extreme fluxes, measured in a trunk section, is close to the ratio between the two sources of water in the soil, irrigation and the natural soil water contribution; ii) sap flow in trunks, whatever the hydric conditions may be, is essentially a function of instantaneous availability of soil water, the effect of ETP being virtually negligible; iii) a heterogeneity of diameter microvariations is present in branches of non-irrigated trees and not in irrigated trees (figs 4 and 5). It has been concluded that preferential flow pathways exist in the soil-plant system. The relative participation, in time, of internal water tree reserves and sap flows to evapotranspiration (figs 6 and 7), and the existence of water stress in trees or the satisfaction of their real water requirements as a function of different water supplies have also been shown. It is concluded that methodology used is not only a good tool for characterising water relations and water stress of trees but also for upgrading trickle irrigation scheduling of cherry tree orchards, especially if these measures are continuous and self-acting.Le comportement hydrique de cerisiers irrigués ou non en localisation est étudié en continu. Les apports d'eau à la culture sont pilotés par tensiométrie. Les flux de sève brute dans le tronc des arbres sont quantifiés par la méthode thermique du flux radial, les variations de diamètre des branches sont mesurées par des capteurs de microdéplacement (dendrométrie), et les transferts d'eau dans le sol sont estimés par humidimétrie neutronique et tensiométrie. On montre : i) qu'il existe une hétérogénéité générale des flux dans la section des troncs. Cette hétérogénéité est trouvée liée à l'hétérogénéité spatiale et temporelle des potentialités locales d'alimentation hydrique du sol vis-à-vis des racines présentes localement : sous irrigation la valeur du rapport entre les flux extrêmes mesurés traversant la section du tronc est proche de celle du rapport entre les deux sources d'alimentation de l'arbre, l'irrigation et la contribution naturelle du sol ; ii) que les flux dans les troncs, quel que soit le traitement hydrique appliqué à l'arbre, sont essentiellement fonction de la disponibilité instantanée de l'eau du sol ; l'irrigation étant toujours très inférieure à la demande climatique, l'influence de l'ETP n'apparaît que peu, car la transpiration s'est adaptée aux quantités d'eau apportée ; iii) qu'il existe un comportement homogène des capteurs de déplacement situés dans l'arbre irrigué, alors qu'une hétérogénéité se manifeste dans l'arbre non irrigué ; iv) qu'il existe des voies préférentielles de flux dans le système sol-racine-plante. On met de plus en évidence la participation relative des réserves en eau de l'arbre et des flux racinaires à l'évapotranspiration et son évolution dans le temps, en fonction des deux traitements hydriques appliqués aux arbres. On conclut que l'approche utilisée s'avère être un bon outil de caractérisation de l'état hydrique des arbres et de diagnostic du stress hydrique, mais offre également des éléments d'analyse permettant d'améliorer les modalités de conduite de l'irrigation localisée en arboriculture fruitière, et cela d'autant mieux que les mesures sont continues et automatisables

Mesures thermiques des flux de sève dans les troncs et les racines et fonctionnement hydrique des arbres. I. Analyse théorique des erreurs sur la mesure des flux et validation des mesures en présence de gradients thermiques extérieurs

Les flux de sève traversant des arbres fruitiers sont estimés par une méthode thermique. Basée sur la mesure des variations de température d'une source de chaleur chauffée à puissance constante et insérée dans le xylème des troncs et des racines de pommiers, elle est appliquée dans les conditions naturelles, à l'étude du comportement hydrique des arbres et de l'extraction de l'eau du sol par les racines. Une analyse théorique des erreurs sur la mesure des flux permet de déterminer le pourcentage de confiance obtenu sur l'estimation des flux de sève dans les 2 types d'organes considérés, et la contribution de chacune des variables du modèle de calcul à la formation de l'erreur totale. L'étude de l'effet des gradients thermiques extérieurs sur la mesure des flux, important notamment au niveau des racines, conduit à proposer un terme de correction de cette mesure. On montre que les mesures faites sur des arbres dont les caractéristiques morphologiques et végétatives sont représentatives des caractéristiques moyennes de l'ensemble des arbres d'un traitement considéré, sont représentatives à l'échelle du traitement ou de la parcelle si le traitement est uniforme.Thermal measurements of sap flux in trunks and roots and hydrous behaviour of trees. I. Theoretical analysis of the errors in sap-flux estimations and measurement validation in the presence of external thermal gradients. A thermal method for estimating sap flow in apple-tree trunks and roots, based on measuring the temperature of a constant heat source inserted into the xylem had been applied for investigating water use by trees and soil-water uptake by roots under field conditions (figs 1, 2). A theoretical analysis of the errors in flux measurement determined the percentage of confidence for the measurements of sap flux in 2 different types of organs studied (fig 3 and table I) and the contribution of each variable in the calculation model to the formation of the total error (table II). The study of effect of the external thermal gradient on flux values (fig 4), especially important in the root zone, led us to propose a corrective term for this measurement (figs 5, 6; table III). Moreover, it has been shown that, for a given treatment, the flux measurements taken on trees with representative morphological and vegetative characteristics are representative at the level of the treatment or of the plot in the case of uniform treatment (fig 7; table IV)

Mesures thermiques des flux de sève et comportement hydrique des arbres. II. Évolution dans le temps des flux de sève et comportement hydrique des arbres en présence ou non d'une irrigation localisée

La mesure thermique des flux de sève dans les troncs et les racines de pommiers est utilisée pour caractériser les comportements relatifs d'arbres soumis ou non à une irrigation localisée. On estime leurs transpirations horaires et journalières et appréhende le fonctionnement hydrique des diverses composantes de leur systèmes racinaires. L'étude des cinétiques des flux, mesurées dans les troncs, permet de mettre en évidence l'apparition, dans le temps, d'un stress hydrique dans les arbres et donc leur besoin d'irrigation. L'analyse des cinétiques des flux racinaires élémentaires permet quant à elle d'appréhender et de quantifier l'hétérogénéité spatio-temporelle des fonctions puits racinaires pour l'eau.Thermal measurement of sap flow and hydric behavior of trees. II. Sap flow evolution and hydric behavior of irrigated and non-irrigated trees under trickle irrigation. A thermal method for measuring sap flow in apple tree trunks and roots has been applied for characterising relative behavior of non-irrigated trees and trees irrigated by trickle irrigation (fig 1). The hourly and daily transpiration rate was estimated (figs 2, 3 and 7; table I) and the soil water uptake of the different components of the root systems was determined (figs 5 and 6). In the trunks, the study of flow kinetics allowed characterization of hydric stress in trees and therefore the irrigation requirements of the orchard; and in the roots (fig 4), determination and estimation of the spatial and temporal heterogeneity of root sink function for soil-water

Is bilateral corticospinal connectivity impaired in patients with chronic obstructive pulmonary disease?

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