Cermak(2). vp

compared with those of tissues external to the sapwood.

Changes in stem dimensions are useful for modeling and re-

cording stem water potentials, particularly if lags are incorpo-

rated (e.g., Zaerr 1971, Molz and Klepper 1973, So 1979,

Herzog et al. 1995, Irvine and Grace 1997, Zweifel et al. 2000.

Intrigliolo and Castel 2006).

Changes in response to hydration are attributed to the lateral

transfer of water between these tissues and the conducting xy-

lem (Molz and Klepper 1973). Hinckley and Bruckerhoff

(1975) in white oak, Lassoie (1979) in Douglas-fir and Anto-

nova et al. (1995) in Scots pine noted three general patterns of

dimensional changes in trees during the growing season. First,

during periods of high soil water content and low evaporative

demand, stem diameter increased from one morning to the

next and often during the day there was either no decrease or

just a reduction in the rate of increase in diameter. This pattern

was largely characterized by growth. Second, during periods

of high soil water content and high evaporation demand, there

was an increase in stem diameter from one morning to the

next, but during the day there could be an appreciable de-

crease. A mixture of growth and tissue rehydration character-

ized this pattern. Third, during periods of low soil water

content and high evaporation demand, there was a daytime re-

duction in stem diameter with only partial recovery overnight.

Only changes in hydration characterized the last pattern. We

observed only Pattern 2 in Psme 1373. Recently, these three el-

ements have been integrated in a model (Steppe and Lemeur

2004).

Seasonal changes in daily water storage and stem volume

A critical assumption in our calculations of the total amount of

stored water was that there was no net change from day-to-day

(i.e., complete refilling occurred). Three lines of evidence sug-

gested that this assumption was likely justified: first, predawn

water potentials were consistently high in Psme 1373 (as well

as other Douglas-fir trees measured within the crane circle),

second, plotting the radial changes from day-to-day did not

demonstrate a progressive decline in radius, and third, on Au-

gust 8, we added over 800 liters (8.5 mm) of water to the soil

surrounding the study tree in an effort to reduce any water defi-

cits. Loustau et al. (1996) made a similar assumption in their

calculations for the water relations of Pinus maritima Poir.

During an extraordinarily dry summer, Hinckley and

Bruckerhoff (1975) noted a continuous loss of stem diameter

in a white oak tree. They assumed that day-to-day volume

changes in extensible tissues reflected a net loss in stem water

content—these day-to-day decreases were linearly related to

decreases in predawn water potential. Similarly, Waring and

Running (1978) observed a progressive decrease in sapwood

water content over the growing season in old-growth

Douglas-fir trees; maximum water contents of 100% satura-

tion were observed in late February and March and a minimum

of 50% was reached in mid-August. Similar conclusions were

drawn by Èermák and Nadezhdina (1998) for adult Norway

spruce trees, where sapwood was maximally hydrated in early

spring and dehydrated substantially, especially in the inner

sapwood, during a summer drought. Similar results were

found in broadleaf species (Tatarinov and Èermák 1999).

These and other studies indicated that our assumption of no net

change in tissue water content might have resulted in a slight

overestimation of the daily water use from storage: however,

predawn water potential did not change appreciably during the

summer in our study trees.

Although the total change in water volume (i.e., the amount

used) in elastic tissues of the stem was small and mostly con-

stant over the growing season (about 6 dm

3

for the whole trees

and 0.3 dm

3

for the treetop; see Figures 6 and 8), daily total

TREE PHYSIOLOGY ONLINE at http://heronpublishing.com

DYNAMICS OF TREE WATER STORAGE AND STEM DIAMETER CHANGE

193

Figure 9. Relationship between transpiration (mmol m

– 2

s

– 1

) and wa-

ter potential (

Ψ, MPa) in the exposed upper crown of old-growth

Douglas-fir trees. Each value is the mean of two readings on each of

three trees and three measurement days. Short distance hydraulic re-

sistance (

᭹) is the slope of the regression for Ψ of uncovered leaves at

solar noon minus

Ψ of aluminum-foil-covered leaves Ψ versus the un-

covered foliage’s transpiration rate. Long distance hydraulic resis-

tance (

᭿) is similarly determined, except the values shown are the Ψ

of uncovered leaves at solar noon minus the

Ψ of covered leaves at

predawn versus the corresponding solar noon values of transpiration

in the uncovered foliage (it was assumed that transpiration in the cov-

ered foliage was zero).

Table 3. Water turnover rate, i.e., theoretical mean time during which transpiration can be supported by free water storage in different tree parts and

tissues of Douglas-fir 1373 (values of total water storage for corresponding tree parts were taken from Table 1).

Tree part

Time interval Stem (xyl + phl) Branch (xyl + phl) Sapwood (stem + bran) Phloem (stem + bran)

Needles

Tree total

Upper crown

Days

0.228

0.073

0.255

0.055

0.064

0.374

Hours

5.5

1.8

6.1

1.3

1.5

9.0

Entire tree

Days

6.57

0.36

6.12

0.81

0.236

7.17

Hours

158

9

147

19

6

172

Downloaded from https://academic.oup.com/treephys/article-abstract/27/2/181/1664618

by guest

on 25 July 2018

---