Ann. For. Sci. 52 (1995) 1-9
DOI: 10.1051/forest:19950101

Gas exchange and water relations of 3 sizes of containerized Picea mariana seedlings subjected to atmospheric and edaphic water stress under controlled conditions

JD Stewart^a and PY Bernier<sup>b

a</sup>  Centre de Recherche en Biologie Forestière, Faculté de Foresterie et de Géomatique, Université Laval, Sainte-Foy, Quebec G1K 7P4
^b  Natural Resources Canada, Canadian Forest Service-Quebec Region, PO Box 3800, Sainte-Foy, Quebec G1V 4C7, Canada

Abstract - Containerized black spruce (Picea mariana [Mill] BSP) seedlings of 3 sizes (heights of 18, 35 and 45 cm) were placed in growth chambers and subjected to conditions of low evaporative (20°C, 60% RH) or high evaporative (30°C, 40% RH) demand, with 3 levels of soil water availability in each environment. The large seedlings had the highest rate of net photosynthesis in the cooler environment, but showed the greatest reduction in net photosynthetic rate in the warmer and drier environment, under conditions of limited water supply. The small seedlings were least affected by the warmer and drier environment in which they maintained photosynthetic rates higher than those of the larger seedlings. The decrease in net photosynthesis experienced by the large seedlings in the warmer and drier environment under conditions of limited water availability was associated with a large decrease in stomatal conductance. However, the maintenance of a high level of intercellular CO₂ concentration suggests that most of the limitations to net photosynthesis were of non-stomatal origin. Water content of the root plug was also reduced by increased seedling size, but the differences were least evident under conditions that produced the largest differences in net photosynthetic rates. These results, obtained under controlled conditions, suggest that after outplanting, large seedlings would experience greater reduction in growth than smaller ones only under conditions of high evaporative demand and low water availability.

Résumé - Échanges gazeux et relations hydriques chez des semis de Picea mariana de 3 tailles différentes cultivés en conteneurs et soumis à différentes conditions de sécheresse atmosphérique et édaphique. Nous avons soumis en chambre de croissance des semis d'épinette noire (Picea mariana [Mill] BSP) de 3 tailles différentes (18, 35 et 45 cm de hauteur) et cultivés en conteneurs, à des conditions de demande évaporative faible (20°C, 60% HR) et élevée (30° C, 40% HR) conjointement à 3 niveaux de disponibilité en eau du sol. Les semis de plus forte taille avaient les taux de photosynthèse nette les plus élevés dans l'environnement frais, mais la plus forte réduction de ce paramètre dans l'environnement plus chaud et sec, sous des conditions de faible disponibilité en eau. Cette forte réduction de photosynthèse nette était associée à une fermeture des stomates. Cependant, le taux élevé de concentration intercellulaire en CO₂ indique que des facteurs non stomatiques étaient principalement à l'origine de cette réduction. Les semis de plus faible taille ont maintenu en conditions chaudes et sèches des taux de photosynthèse nette supérieurs à ceux des semis de plus forte taille. L'accroissement de la taille des semis a réduit la teneur en eau de la motte racinaire, mais principalement sous des conditions n'engendrant pas de différences dans les taux de photosynthèse nette entre les tailles de semis. Les résultats obtenus en conditions contrôlées indiquent que la croissance des semis d'épinette noire de plus forte taille serait plus affectée à la suite de la plantation que celle des semis de plus faible taille à condition seulement que la demande évaporative soit forte et la disponibilité en eau faible.

Key words: Picea mariana / polyethylene glycol / net photosynthesis / shoot water potential / stomatal conductance

Mots clés : Picea mariana / polyéthylène glycol / photosynthèse nette / potentiel hydrique du xylème / conductance stomatique