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Limitations to photosynthetic carbon gain in timberline Abies lasiocarpa seedlings during prolonged drought

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Abstract:

Photosynthesis, water status, and associated physiological parameters were measured in chronically drought-stressed seedlings (5years of below-average precipitation, 107cm net deficit) of Abies lasiocarpa (Hook.) Nutt. above (treeline ecotone site, TS) and below (forest site, FS) a Rocky Mountain timberline. In contrast to normal seasonal patterns reported for timberline conifer trees, xylem water potentials were exceptionally low in early summer and remained low for the rest of the summer. Although photosynthesis was not significantly different between the two sites, early season photosynthesis was greater than late-season photosynthesis, especially at FS. Mean daily values of leaf conductance to water vapor (gwv) and transpiration (E) were also low at the beginning of summer (gwv from 0.01 mol·m–2·s–1 to 0.13mol·m–2·s–1 and E from 0.4 mol·m–2·s–1 to 2.9mol·m–2·s–1) and continued to decrease through summer (an approximate 10-fold decrease in gwv and a 2-fold to 3-fold decrease in E), which resulted in increasing water-use efficiency as summer progressed. Although the slope of instantaneous photosynthesis–intercellular CO2 concentration curves was reduced (lower carboxylation efficiency) from July to September, the relative stomatal limitation to carbon gain was less than 50% over the entire measurement period. Mean daily intercellular CO2 concentrations decreased from near ambient levels (approximately 350–360ppm) to 290ppm over the course of summer. Overall, nonstomatal limitations appeared to have the largest impact on photosynthetic carbon gain, although seasonal decreases in leaf conductance and a corresponding depletion of intercellular CO2 indicated that there were also significant stomatal limitations to carbon gain that resulted in a continued regulation of greater water use efficiency.

La photosynthèse, le statut hydrique et des paramètres physiologiques associés ont été mesurés sur des semis d’Abies lasiocarpa (Hook.) Nutt. stressés par une sécheresse chronique (cinq ans de précipitation sous la moyenne et déficit net de 107 cm) au-delà (station à la limite des arbres) et en deçà (station forestière) de la limite des arbres dans les montagnes Rocheuses. Contrairement aux normales saisonnières disponibles pour les conifères de la limite des arbres, le potentiel hydrique du xylème était exceptionnellement bas au début de l’été et est resté bas pendant le reste de l’été. Bien que la différence de photosynthèse entre les deux stations n’ait pas été significative, elle était plus élevée au début qu’à la fin de l’été et ce, surtout dans le cas de la station forestière. De faibles valeurs journalières moyennes de conductance foliaire de vapeur d’eau et de transpiration ont aussi été mesurées au début de l’été (0,01 mol·m–2·s–1 à 0,13 mol·m–2·s–1 pour la conductance et 0,4 mol·m–2·s–1 à 2,9 mol·m–2·s–1 pour la transpiration) et ont continué à diminuer au cours de l’été (environ 10 fois moins pour la conductance et 2 à 3 fois moins pour la transpiration), ce qui s’est traduit par une augmentation de l’efficacité d’utilisation de l’eau avec la progression de l’été. Quoiqu’une diminution de la pente de la courbe des valeurs instantanées de la photosynthèse et la concentration de CO2 intercellulaire ait été observée de juillet à septembre (diminution de l’efficacité de la carboxylation), la limitation relative des stomates au gain en carbone a été inférieure à 50% pendant l’ensemble de la période de prise de données. Les valeurs journalières moyennes de concentration de CO2 intercellulaire ont diminué à partir d’une valeur proche du niveau ambiant (entre 350 et 360 ppm) à une valeur de 290 ppm au fil de l’été. De façon générale, les limitations non stomatiques semblent produire le plus grand impact sur le gain photosynthétique en carbone quoique la diminution saisonnière de conductance foliaire et la diminution correspondante de CO2 intercellulaire indiquent qu’il y a aussi eu des limitations stomatiques significatives au gain en carbone qui ont provoqué la régulation continue d’une plus grande efficacité d’utilisation de l’eau.

Document Type: Research Article

Publication date: 2007-03-01

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