Hydraulic limitations and water-use efficiency in Pinus pinaster along a chronosequence

Authors: Magnani, Federico; Bensada, Abdelkader; Cinnirella, Sergio; Ripullone, Francesco; Borghetti, Marco

Source: Canadian Journal of Forest Research, Volume 38, Number 1, January 2008 , pp. 73-81(9)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

Hydraulic constraints to water transport and water-use efficiency were studied in a Pinus pinaster Ait. chronosequence in Italy, consisting of four even-aged stands ranging from young (10 years old) to mature (75 years old), to explore the mechanisms involved in the decline of stand productivity as tree grow taller. Leaf-specific transpiration was estimated from sapflow rates measured by the heat dissipation technique, leaf-specific hydraulic conductance was computed from the slope of the relationship between transpiration and leaf water potential, long-term water-use efficiency was estimated from carbon isotope discrimination (Δ13C) in xylem cores, and photosynthetic capacity was assessed from CO2 assimilation/CO2 intercellular concentration curves. Leaf-specific transpiration decreased with stand development, suggesting a reduction in stomatal conductance, and a negative relationship was found between leaf-specific hydraulic conductance and tree height, suggesting a role of hydraulic constraints in the decline of current annual increment. Minimum daily leaf water potential did not change with stand height, suggesting that homeostasis in leaf water potential is achieved through a reduction in leaf transpiration. The Δ13C values increased with stand development, indicating a decline of water-use efficiency. Leaf level stomatal conductance was higher in the younger stand; no significant difference in maximum carboxylation rate was found among stands.

Les contraintes hydrauliques au transport de l’eau et l’efficacité d’utilisation de l’eau ont été étudiées le long d’une chronoséquence de Pinus pinaster Ait. dans le but d’explorer les mécanismes responsables du déclin de la productivité des peuplements à mesure que la hauteur des arbres augmente. La chronoséquence est située en Italie et est constituée de quatre peuplements de structure équienne couvrant des peuplements jeune (10 ans) à mature (75 ans). La transpiration foliaire spécifique a été estimée à partir de mesures du taux d’écoulement de la sève à l’aide de la technique basée sur la dissipation de chaleur; la conductance hydraulique foliaire spécifique a été calculée à partir de la pente de la relation entre la transpiration et le potentiel hydrique foliaire; l’efficacité d’utilisation de l’eau à long terme a été estimée à l’aide de la discrimination isotopique du carbone (Δ13C) dans des barrettes de xylème et la capacité photosynthétique a été estimée à partir de courbes reliant l’assimilation du CO2 à la concentration de CO2 intercellulaire. La transpiration foliaire spécifique diminuait avec le développement du peuplement, ce qui indique une réduction de la conductance stomatique. Une relation négative a été établie entre la conductance hydraulique foliaire spécifique et la hauteur des arbres, ce qui indique que les contraintes hydrauliques jouent un rôle dans le déclin de l’accroissement annuel courant. La valeur minimale journalière du potentiel hydrique foliaire ne changeait pas avec la hauteur du peuplement, ce qui indique qu’un équilibre homéostatique du potentiel hydrique foliaire est atteint par une réduction de la transpiration foliaire. La discrimination isotopique du carbone augmentait avec le développement du peuplement, ce qui indique une diminution de l’efficacité d’utilisation de l’eau. La conductance stomatique foliaire était plus élevée dans le plus jeune peuplement. Aucune différence significative n’a été détectée entre les peuplements dans le cas du taux maximal de carboxylation.

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2008

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