Scaling from single-point sap velocity measurements to stand transpiration in a multispecies deciduous forest: Uncertainty sources, stand structure effect, and future scenarios

Abstract

9 páginas.-- 5 figuras.-- 2 tablas.-- 58 referencias[EN] A major challenge in studies estimating stand water use in mixed-species forests is how to effectively scale data from individual trees to the stand. This is the case for forest ecosystems in the northeastern USA where differences in water use among species and across different size classes have not been extensively studied, despite their relevance for a wide range of ecosystem services. Our objectives were to assess the importance of different sources of variability on transpiration upscaling and explore the potential impacts of future shifts in species composition on the forest water budget. We measured sap velocity in five tree species (Fagus grandifolia Ehrh., Acer rubrum L., Acer saccharum Marsh., Betula alleghaniensis Britton, and Betula papyrifera Marsh.) in a mature stand and a young stand in New Hampshire, USA. Our results showed that the greatest potential source of error was radial variability and that tree size was more important than species in determining sap velocity. Total sapwood area was demonstrated to exert a strong controlling influence on transpiration, varying depending on tree size and species. We conclude that the effect of potential species shifts on transpiration will depend on the sap velocity, determined not only by radial variation and tree size, but also by the sapwood area distribution in the stand.[FR] Les études dont le but est d'estimer l'utilisation de l'eau a` l'échelle du peuplement dans les forêts mélangées font face a` un défi majeur : comment passer efficacement de l'échelle des arbres individuels a` l'échelle du peuplement. C'est le cas pour les écosystèmes forestiers dans le nord-est des États-Unis où les différences dans l'utilisation de l'eau entre les espèces et parmi les différentes catégories de taille n'ont pas fait l'objet d'études approfondies malgré leur pertinence pour une vaste gamme de services de l'écosystème. Nos objectifs consistaient a` évaluer l'importance des différentes sources de variation sur l'extrapolation de la transpiration et a` explorer les impacts potentiels des changements futurs dans la composition en espèces sur le bilan hydrique de la forêt. Nous avons mesuré la vitesse de la sève chez cinq espèces d'arbre (Fagus grandifolia Ehrh., Acer rubrum L., Acer saccharum Marsh., Betula alleghaniensis Britton et Betula papyrifera Marsh.) dans un peuplement mature et dans un jeune peuplement au New Hampshire (É.-U.). Nos résultats ont montré que la plus grande source potentielle d'erreur était la variation radiale et que la vitesse de la sève était davantage déterminée par la taille des arbres que par l'espèce. La surface totale de bois d'aubier avait un effet très déterminant sur la transpiration qui variait selon la taille et l'espèce d'arbre. Nous concluons que l'effet des changements potentiels dans la composition en espèces sur la transpiration dépendra de la vitesse de la sève qui est principalement déterminée par la variation radiale et la taille des arbres mais aussi de la distribution de la surface de bois d'aubier dans le peuplement.This work was funded by the University of New Hampshire and the New Hampshire Agricultural Experiment Station. The Bartlett Experimental Forest is operated by the USDA Forest Service Northern Research Station. S. Mcgraw, P. Pellissier, C. Breton, S. Alvarado-Barrientos, R. Snyder, and Z. Aldag assisted in the field and in the lab. The 2011 stand inventory was led by S. Goswami. Tree heights were measured and compiled by C. Blodgett, T. Fahey, and L. Liu. A. Richardson shared meteorology and solar radiation data from the Bartlett Amerflux tower. The stands used in this experiment are maintained and monitored by the MELNHE project under the direction of R. Yanai and M. Fisk, with funding from NSF grants DEB 0235650 and DEB 0949324Peer reviewe