Ann. For. Sci. 48 (1991) 193-204
DOI: 10.1051/forest:19910206

Sensitivity of seedlings from different oak species to waterlogging: effects on root growth and mineral nutrition

M Colin-Belgrand^a, E Dreyer^b and P Biron<sup>a

a</sup>  Laboratoire d'Étude des Sols et de la Nutrition, INRA Nancy, Champenoux, 54280 Seichamps
^b  Laboratoire de Bioclimatologie et d'Ecophysiologie Forestière, INRA Nancy, Champenoux, 54280 Seichamps, France

Abstract - The tolerance of oak seedlings from 3 species (Quercus robur, Q rubra, Q palustris) to a 7-wk period of waterlogging was tested under greenhouse conditions. The seedlings had completed their height growth when treatments were applied. A permanent water table was maintained at 6 cm below the soil surface. Shoot growth, root growth and mineral content of xylem sap (P, K, Ca, Mg) and leaf tissues (N, P, K, Ca, Mg, S, Mn) were monitored weekly. Waterlogging had strong consequences on root development; flooded roots decayed, while hypertrophied lenticels and subsequently adventitious roots appeared on the taproot. Although the mineral nutrient content in xylem sap displayed significant differences between species, no effect of waterlogging could be detected. But the combination of constant concentration and reduced transpiration in waterlogged seedlings probably resulted in a reduced nutrient flux to the leaves. Leaf nutrient contents decreased markedly, in particular for total N, and to a lesser extent for S and K; but in all cases they remained well above deficiency levels. No phytotoxic accumulation of Mn could be detected. Important interspecific differences appeared. The development of root adaptations was much greater for Q robur than for both Q palustris and Q rubra, probably indicating a higher tolerance to flooding in the former species. Surprisingly, N and S concentrations decreased more in Q roburthan in both other species, but this could be due to the fact that only Q robur continued leaf growth, leading to a dilution of N in leaf tissues.

Résumé - Sensibilité à l'ennoyage de semis de plusieurs espèces de chêne : effets sur la croissance racinaire et le statut nutritionnel. La tolérance à l'hypoxie racinaire a été testée sur des semis de 3 espèces de chênes (Quercus robur, Q rubra, Q palustris) au cours d'une période d'ennoyage contrôlé de 7 semaines. La nappe d'eau permanente était maintenue à 6 cm de la surface du sol, et ce traitement a été appliqué à la fin de la période de croissance active en hauteur. La croissance aérienne, racinaire, et les teneurs en éléments minéraux de la sève brute (P, K, Ca, Mg) et des tissus foliaires (N, P, K, Ca, Mg, S, Mn) ont été mesurées hebdomadairement. L'ennoyage a provoqué de fortes perturbations de la croissance racinaire; les racines ennoyées ont rapidement dépéri, alors que des lenticelles hypertrophiées, puis des racines adventives sont progressivement apparues au collet du pivot racinaire. Les teneurs en éléments minéraux de la sève ont présenté des différences interspécifiques significatives, mais aucune modification induite par la contrainte n'a pu être détectée. Étant donnée la réduction observée de la transpiration, cette constance des concentrations s'est cependant probablement traduite par une forte réduction du flux total d'éléments minéraux vers les feuilles. Les teneurs foliaires en éléments minéraux ont sensiblement diminué au cours de l'ennoyage, en particulier en ce qui concerne N, et dans une moindre mesure S; mais dans tous les cas, les concentrations foliaires sont restées largement au-dessus des seuils de carence décrits pour les chênes. L'ennoyage ne s'est pas traduit par une accumulation toxique de Mn. D'importantes différences interspécifiques dans les réactions à la contrainte sont apparues. La néoformation racinaire a été beaucoup plus importante chez Q robur que chez Q palustris et Q rubra, ce qui semble indiquer une meilleure tolérance à l'ennoyage chez la première espèce. Les concentrations foliaires de N et S ont plus fortement diminué chez Q robur que dans les 2 autres espèces, mais cette différence est probablement due au maintien d'une certaine croissance chez Q robur, entraînant une dilution de l'azote initialement présent et non renouvelé du fait de l'ennoyage.

Key words: hypoxia / Quercus palustris / Quercus rubra / Quercus robur / xylem sap

Mots clés : hypoxie racinaire / Quercus palustris / Quercus robur / Quercus rubra / sève sylémique