Physiological acclimation of Pinus flexilis to drought stress on contrasting slope aspects in Waterton Lakes National Park, Alberta, Canada

Authors: Letts, Matthew G.; Nakonechny, Kevin N.; Van Gaalen, K. E.; Smith, Cyndi M.

Source: Canadian Journal of Forest Research, Volume 39, Number 3, March 2009 , pp. 629-641(13)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

Photosynthetic gas-exchange characteristics were measured in Pinus flexilis James (limber pine) during two drought years in a xeric, subalpine ecosystem of the Rocky Mountains. Limber pine exhibited conservative water-use traits, including low specific leaf area, leaf nitrogen, stomatal conductance, transpiration (E), and light-saturated net photosynthesis (Amax), but exhibited high needle longevity, water-use efficiency (Amax/E), and stable carbon isotope composition. Net photosynthesis declined strongly with leaf-to-air vapour pressure deficit, resulting in a bimodal seasonal pattern of Amax. Although very little gas exchange was observed in late summer, photosynthetic activity extended into October. The avoidance of gas exchange during high atmospheric demand maximized whole-season water-use efficiency. Leaf temperature and leaf-to-air vapour pressure deficit were higher on south-facing slopes during both moderate (2006) and severe (2007) drought. Severe drought caused lower stomatal conductance and E on the southeast-facing slope, but neither Amax nor canopy reflectance indices differed among slope aspects. Although Amax was lower in 2007 than 2006, branch-length increment did not differ. Foliar stable carbon isotope composition was higher in needles produced in dry years but did not vary among slope aspects. These results indicate that physiological acclimation to water stress prevented among-aspect differences in Amax and that shoulder-season photosynthesis may become increasingly important in a warmer climate.

Les caractéristiques des échanges gazeux associés à la photosynthèse ont été mesurées chez le pin flexible (Pinus flexilis James) pendant deux années de sécheresse dans un écosystème subalpin xérique des montagnes Rocheuses. Le pin flexible avait des traits associés à une utilisation conservatrice de l’eau, incluant une surface foliaire spécifique, un contenu en azote foliaire, une conductance stomatale (gs), une transpiration (E) et une photosynthèse nette à saturation lumineuse (Amax) faibles, mais une longévité des aiguilles et une efficacité d’utilisation de l’eau (WUE); Amax/E) élevées ainsi qu’une composition isotopique stable du carbone (13C). La photosynthèse nette a fortement diminué avec le déficit de saturation, ce qui a entraîné un patron saisonnier bimodal de Amax. Bien que très peu d’échanges gazeux aient été observés à la fin de l’été, l’activité photosynthétique s’est poursuivie jusqu’en octobre. L’arrêt des échanges gazeux lorsque le déficit de saturation était élevée a maximisé WUE sur l’ensemble de la saison. La température des feuilles et le déficit de saturation étaient plus élevés sur les pentes exposées au sud en période de sécheresse tant modérée (2006) que sévère (2007). La sécheresse sévère a réduit gs et E sur les pentes exposées au sud-est mais ni Amax, ni l’indice de réflectance de la canopée n’étaient différents peu importe l’orientation de la pente. Même si Amax était plus faible en 2007 qu’en 2006, l’accroissement en longueur des branches était semblable. La composition foliaire en 13C était plus élevée lors des années sèches mais ne variait pas selon l’orientation de la pente. Ces résultats indiquent que l’acclimatation physiologique au stress hydrique a éliminé les différences de Amax dues à l’orientation et que la photosynthèse qui a lieu durant le printemps et l'automne pourrait devenir de plus en plus importante sous un climat plus chaud.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2009

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