Whole tree hydraulic conductance and water loss regulation in Quercus during drought: evidence for stomatal control of embolism?

Abstract - The water relations of 30-year-old Quercus petraea were studied for three consecutive growing seasons. Whole tree specific hydraulic conductances (gL) were computed from sap flow densities (dF)/leaf water potential (Ψ_leaf) relationships. gL was clearly reduced with the development of the drought. The decrease of gL with Ψ_predawn was of an exponential type, ie, high variations of gL were found whereas Ψ_predawn remained high and constant. These early variations of gL were most probably located in the soil-root compartment of the SPAC because no loss of hydraulic conductivity due to xylem embolism was detected in the crown of the trees. Although gL was reduced, Ψ_midday remained nearly constant and above -3 MPa throughout the drought period because dF_midday was also significantly reduced. As a consequence, a good linear relation was found between dF_midday and gL. Xylem embolism significantly developed in the petioles and twigs of Q petraea when Ψ_midday became less than - 3 MPa. We argue that, because of changes in gL, Q petraea progressively adjusted its water loss throughout the drought development with the effect of maintaining Ψ_midday above the cavitation threshold. It is shown that if no water loss regulation had occurred, considerable tensions would have developed in the crown of these trees with predictable branch mortality due to runaway embolism.

Résumé - Conductance hydraulique totale et régulation des pertes en eau chez Quercus en période de sécheresse : preuve d'un contrôle stomatique du développement de l'embolie ? Les relations hydriques de chênes sessiles agés de 30 ans ont été étudiées pendant trois saisons de végétation consécutives. La conductance hydraulique spécifique totale (gL) a été calculée à partir des relations densité de flux de sève (dF) / potentiel hydrique foliaire (Ψ_leaf). Nous avons noté une nette réduction de gL au cours du développement de la sécheresse. Exprimée en fonction du potentiel hydrique de base (Ψ_predawn), la décroissance de gL a été de type exponentielle, c'est-à-dire que de fortes variations de gL ont été observées alors que Ψ_predawn était élevé et constant. Ces variations précoces de gL étaient probablement localisées dans le compartiment racines-sol du SPAC en raison du faible développement de l'embolie dans le xylème. Bien que gL soit réduit, ψ_midday est resté constant et au-dessus de -3MPa tout au long de la sécheresse parce que dF_midday fut réduit de façon importante. En conséquence une relation linéaire fut mise en évidence entre gL et dF_midday. Le taux d'embolie se développe de façon significative dans le xylème des pétioles et des rameaux feuillés lorsque Ψ_midday devient inférieur à -3MPa. Nous suggérons que, en raison des changements de gL, Q petraea ajuste progressivement ses pertes en eau ce qui a pour effet de maintenir Ψ_midday au dessus du seuil de cavitation. Nous montrons qu'en l'absence de régulation des pertes d'eau des tensions xylémiques considérables se développeraient dans le houppier avec pour conséquence probable une mortalité importante des branches due au phénomène d'emballement de l'embolie.