Trade-offs in seedling survival, growth, and physiology among hardwood species of contrasting successional status along a light-availability gradient

Authors: Kaelke, C.M.; Kruger, E.L.; Reich, P.B.

Source: Canadian Journal of Forest Research, Volume 31, Number 9, September 2001 , pp. 1602-1616(15)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

To better understand the regeneration ecology of northern red oak (Quercus rubra L.) in mesic forests, we compared its seedling growth and physiology with those of two other hardwoods, differing in successional status, along a gradient in light availability ranging from forest understories (2.6% of full light) to small clearings (69% of full light). Oak's relative growth rate (RGR) closely resembled that of shade-tolerant sugar maple (Acer saccharum Marsh.), and the positive response of both to increasing light was modest, especially beyond a relative light availability of 15%. Intolerant trembling aspen (Populus tremuloides Michx.) outgrew the others when relative light availability exceeded 5%, and its RGR increased more or less linearly with increasing light. However, there was a rank reversal of RGR in deep shade, where maple and oak had a higher RGR than aspen. This reversal was mirrored by seedling demography, as aspen survival was comparatively high in small clearings but negligible in deep shade. Aspen's low RGR and poor survival in low light were associated with a high rate of shoot dark respiration and minimal allocation to starch reserves. Aspen's high RGR in openings was attributed primarily to a high photosynthetic capacity per unit leaf mass. Thus, differential growth and survival among species could be explained in part by trade-offs in attributes that promoted rapid growth in high light at the expense of a favorable carbon balance in low light, or vice versa. Oak's suite of traits facilitated a positive carbon balance in perhaps all but the darkest understories. We suggest that the lack of persistence of oak seedlings in many understory environments may center around factors (e.g., vulnerability to biotic stresses) not directly related to carbon gain.

De façon à mieux comprendre l'écologie de la régénération du chêne rouge (Quercus rubra L.) dans les forêts mésiques, nous avons comparé la croissance et la physiologie de ses semis avec celles de deux autres feuillus de statut sérial différent, le long d'un gradient de disponibilité en lumière variant du sous-étage forestier (2,6% de la pleine lumière) à de petites clairières (69% de la pleine lumière). Le taux de croissance relatif (RGR) du chêne ressemblait fortement à celui de l'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.), qui est tolérant à l'ombre, et la réponse positive des deux essences à l'augmentation de la lumière était modeste, particulièrement sous une disponibilité relative en lumière supérieure à 15%. Le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.), qui est intolérant, dominait les autres essences dès que la disponibilité relative en lumière dépassait 5% et son RGR augmentait de façon plus ou moins linéaire avec l'augmentation de la disponibilité en lumière. Il y avait toutefois une inversion de rang du RGR dans des conditions de très faible intensité lumineuse, où l'érable et le chêne avaient un RGR plus élevé que celui du peuplier. Cette inversion était reflétée par la démographie des semis, puisque le taux de survie du peuplier était comparativement plus élevé dans les petites clairières mais négligeable dans des conditions de très faible intensité lumineuse. Le faible RGR du peuplier et le faible taux de survie dans des conditions de faible intensité lumineuse étaient associés à un taux élevé de la respiration à la noirceur et à une allocation minimale aux réserves en amidon. Le RGR élevé du peuplier dans les clairières était attribué principalement à une capacité photosynthétique par unité de masse foliaire élevée. Par conséquent, les différences dans la croissance et le taux de survie entre les espèces pourraient s'expliquer en partie par des compromis dans les attributs qui favorisent une croissance rapide sous de fortes disponibilités en lumière au prix d'un bilan favorable en carbone dans des conditions de très faible intensité lumineuse et vice versa. Les différentes caractéristiques du chêne favorisent un bilan du carbone positif sous tous les couverts, à l'exception des plus sombres. Nous croyons que le manque de persistance des semis de chêne dans de nombreux environnements sous couvert pourrait s'expliquer par des facteurs (e.g., vulnérabilité aux stress biotiques) non directement reliés aux gains en carbone.[Tr

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2001

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