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Simulated root freezing in the nursery: effects on the growth and physiology of containerized boreal conifer seedlings after outplanting

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Abstract:

The effects of induced root freezing injury on 2+0 white spruce (Picea glauca (Moench) Voss), black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP), and jack pine (Pinus banksiana Lamb.) seedlings were studied. Hardened seedlings were exposed to freezing during the fall and cold stored until planting. Seedlings were planted in spring on two field sites with different soil moisture levels (wet or dry). Seedling morphology and physiology were measured periodically during the first growing season, and mortality was evaluated at the end of the season. With the exception of June measurements on the wet site, where daytime water potential fell as low as –2.0 MPa, root damage did not seriously affect shoot water potential. Generally, stomatal conductance decreased with increasing root damage. Net photosynthesis on both sites decreased between 22 and 39% with increasing root damage. Root damage did not affect the ratio of intercellular to ambient CO2 concentration. As well, reductions in the nitrogen concentration of current-year foliage with increasing root damage were observed, suggesting that the observed reductions in net photosynthesis were caused by nonstomatal factors. Root growth was greater on the wet site than on the dry site, particularly between August and October, when mean soil minimum temperatures were lower on the dry site. On both sites, aerial dry mass was only slightly affected by root damage in July and August, but the effect of damage became more pronounced in October on the wet site. Black spruce and white spruce seedling mortality began being affected when approximately 50% of the root systems were damaged, while jack pine mortality was affected starting at 40% damage. Root damage levels of 50% caused 2.0 and 1.5 cm reductions in annual height increment of white spruce and black spruce, respectively, and 40% damage caused a reduction of 1.0 cm in annual height increment of jack pine.

Les effets des dommages racinaires causés par le gel ont été étudiés chez des semis 2+0 d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss), d'épinette noire (Picea mariana (Mill.) BSP) et de pin gris (Pinus banksiana Lamb.). Des semis endurcis ont été exposés au gel durant l'automne avant d'être entreposés en chambre froide. Au printemps suivant, ces semis ont été plantés sur deux sites ayant des teneurs en eau du sol distinctes (mouilleux et sec). La morphologie et la physiologie des semis ont été mesurées périodiquement durant la première saison de croissance. La mortalité a été évaluée à la fin de la saison. À l'exception des mesures prises sur le site mouilleux en juin, où des valeurs de –2,0 MPa ont été observées, les dommages racinaires n'ont pas sérieusement affecté le potentiel hydrique du xylème. Généralement, la conductance stomatique a diminué avec l'augmentation des dommages. Des diminutions de 22 à 39% de la photosynthèse nette ont été observées sur les deux sites avec l'augmentation des dommages. Les dommages aux racines n'ont pas affecté le ratio de la concentration intercellulaire en CO2 sur la concentration ambiante en CO2, mais des réductions de la teneur en azote du feuillage de l'année courante ont été observées, indiquant que les diminutions de la photosynthèse nette ont été causées par des facteurs non-stomatiques. La croissance racinaire a été plus élevée sur le site mouilleux, particulièrement entre août et octobre alors que les températures minimales moyennes du sol ont été plus basses sur le site sec. Sur les deux sites, l'effet des dommages racinaires sur la biomasse aérienne a été léger en juillet et en août, mais s'est accentué en octobre sur le site mouilleux. Pour l'épinette noire et l'épinette blanche, la mortalité a été perceptible lorsque environ 50% du système racinaire était endommagé. Pour le pin gris, la mortalité a été perceptible à partir de 40% de dommages. Des dommages racinaires de 50% ont causé des réductions de croissance en hauteur de 2,0 et 1,5 cm respectivement pour l'épinette blanche et l'épinette noire. Pour le pin gris, des dommages racinaires de 40% ont provoqué une réduction de croissance en hauteur de 1,0 cm.

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2002

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