Ann. For. Sci. 51 (1994) 417-428
DOI: 10.1051/forest:19940407

Compared sensitivity of seedlings from 3 woody species (Quercus robur L, Quercus rubra L and Fagus silvatica L) to water-logging and associated root hypoxia: effects on water relations and photosynthesis

E Dreyer

INRA-Nancy, Bioclimatologie et Écophysiologie, Unité d'Écophysiologie Forestière, F 54280 Champenoux, France

Abstract - Seedlings of Quercus robur, Q rubra and Fagus silvatica were submitted to a period of partial (water table at 6 cm below ground) or total water-logging for 4 weeks. Important disorders were induced by the latter treatment in growth (root decay, partial leaf wilting), water relations (decreased predawn water potential) and photosynthesis (stomatal closure, reduced net assimilation rates, lowered O₂ evolution under saturating CO₂ and irradiance, and limited photochemical efficiency of PS II). It has been concluded that the observed stomatal closure was accompanied by strong disorders at chloroplast level, which happened without visible waterlogging-induced deficiencies in mineral nutrient supply. Reactions to partial water-logging were much more limited. F silvatica displayed the strongest disorders in response to both treatments, Q robur showed only slight stress effects in response to partial water-logging and Q rubra had intermediate behaviour. These observations are in agreement with the reported differences in sensitivity to water-logging of adult trees in the stand. The precise chain of events leading to these disorders in the shoots of water-logged seedlings remains to be elucidated.

Résumé - Sensibilité de jeunes plants de chêne pédonculé (Quercus robur L), de chêne rouge d'Amérique (Q rubra L) et de hêtre (Fagus silvatica L) à l'ennoyage et l'hypoxie racinaire : effets sur la photosynthèse et les relations hydriques. De jeunes plants de chêne pédonculé (Quercus robur L), de chêne rouge d'Amérique (Q rubra L) et de hêtre (Fagus silvatica L) ont été soumis à un ennoyage total (nappe affleurant en permanence à la surface des pots) ou partiel (nappe à 6 cm sous le niveau du sol) pendant 4 sem. Le premier traitement a fortement perturbé la croissance des plants en provoquant une importante mortalité racinaire. Des dysfonctionnements majeurs ont aussi été constatés sur les parties aériennes : diminution du potentiel hydrique de base, fermeture des stomates, limitation de l'assimilation nette de CO₂ et de la capacité photosynthétique (mesurée par le dégagement d'O₂ en conditions de CO₂ et d'éclairement saturants), réductions irréversibles de l'efficience photochimique du phostosystème II. Le second a provoqué des réactions plus limitées. D'importantes différences interspécifiques ont été constatées ; F silvatica a présenté la plus grande sensibilité, avec des nécroses foliaires très étendues, et des réductions massives de la capacité photosynthétique dans les 2 traitements, alors que Q robur n'a que peu réagi à l'ennoyage partiel. Ces résultats sont en accord avec les observations sur les exigences écologiques de ces espèces en peuplement. Enfin, elles démontrent que les désordres imposés à la photosynthèse par l'ennoyage sont dus à la conjonction d'une fermeture des stomates et d'importants dysfonctionnements au niveau cellulaire, qui n'ont pas été induits par une dégradation de la disponibilité en éléments minéraux, les concentrations totales en N, P, K, Ca, Mg, S mesurées au niveau foliaire n'ayant que peu changé au cours des traitements.

Key words: stomatal conductance / hydraulic conductance / mineral nutrition / photochemistry / photosystem II

Mots clés : conductance stomatique / conductance hydraulique / nutrition minérale / photochimie / photosystème II