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Issue
Ann. For. Sci.
Volume 53, Number 2-3, 1996
Page(s) 447 - 459
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:19960226
Ann. For. Sci. 53 (1996) 447-459
DOI: 10.1051/forest:19960226

The effects of elevated CO2 and water stress on whole plant CO2 exchange, carbon allocation and osmoregulation in oak seedlings

P Vivin, JM Guehl, A Clément and G Aussenac

Unité écophysiologie forestière, équipe bioclimatologie et écophysiologie, Centre de Nancy, Inra, 54280 Champenoux, France

Abstract - Seedlings of Quercus robur L grown under present (350 μmol mol -1) or twice the present (700 μmol mol-1) atmospheric CO2 concentrations, were either maintained well-watered or subjected to a drought constraint late in the growing season (25 August 1993). Despite an initial stimulation of biomass growth (+44%) by elevated CO2, there was no significant difference in plant dry weight at the end of the growing season (15 October 1993) between the two CO2 treatments, irrespective of watering regime. Under drought conditions, although there was no growth increase in response to elevated CO2 concentration, there was a stimulation in net photosynthesis. In addition, the respiration rate of the root + soil system (root dry matter basis) was slightly lower in the elevated than in the ambient CO2 concentration. These results, together with the results from short-term 13C labelling, suggest enhanced plant carbon losses through processes not assessed here (aerial respiration, root exudation, etc) under elevated CO2 concentration. In the droughted conditions, new carbon relative specific allocation values (RSA) were greater under elevated CO2 than under ambient CO2 concentration in both leaf and root compartments. Osmotic potentials at full turgor (π o) were lowered in response to water stress in leaves by 0.4 MPa for the elevated CO2 treatment only. In roots, osmotic adjustment (0.3 MPa) occurred in both the CO2 treatments.


Résumé - Effets de l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 et d'un déficit hydrique sur les échanges gazeux, la répartition carbonée et l'osmorégulation de semis de chêne. Des semis de chêne pédonculé (Quercus robur L) cultivés sous des concentrations atmosphériques en CO2 de 350 ou 700 μmol mol-1 ont été, pour moitié, soit bien alimentés en eau, soit soumis à une sécheresse appliquée tardivement dans la saison de végétation (25 août 1993). En dépit d'une première phase de stimulation de la production de biomasse (+44 %, 30 juillet 1993) par le CO2, aucune différence significative dans la biomasse des plants entre les deux traitements CO2 n'a été observée à la fin de la saison de végétation (15 octobre 1993), ceci quel que soit le régime hydrique. En conditions de sécheresse, l'assimilation nette de CO2 fut stimulée par le CO2, malgré l'absence de stimulation sur la croissance. Par ailleurs, le taux de respiration du système racine-sol (rapportée à la matière sèche racinaire) était légèrement plus faible sous CO2 élevé que sous CO2 ambiant. Ces résultats, ajoutés aux résultats de marquages 13CO2 à court terme suggèrent des pertes carbonées augmentées sous CO2 élevé, par l'intermédiaire de processus non étudiés ici (respiration aérienne, exudation racinaire,...). En conditions de sécheresse, les valeurs de répartition relative spécifique du nouveau carbone étaient plus importantes sous CO2 élevé que sous CO2 normal, à la fois dans les compartiments foliaire et racinaire. Les potentiels osmotiques à pleine turgescence (π0) étaient diminués en réponse au stress hydrique dans les feuilles de 0,4 MPa uniquement pour le traitement CO 2 à 700 μmol mol -1. Dans les racines, un ajustement osmotique (0,3 MPa) était observé pour les deux traitements CO 2.


Key words: elevated CO2 / water stress / osmoregulation / carbon allocation / Quercus robur

Mots clés : CO2 / sécheresse / osmorégulation / répartition carbonée / Quercus robur