Ann. For. Sci. 48 (1991) 205-214
DOI: 10.1051/forest:19910207

Photosynthesis and shoot water status of seedlings from different oak species submitted to waterlogging

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

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

Abstract - Stress effects induced on shoot photosynthesis and leaf water status by root hypoxia due to waterlogging have been assessed on saplings of Quercus robur, Q petraea, Q rubra and Q palustris in 2 successive experiments. Daily (first experiment) and weekly (second experiment) measurements of leaf gas exchange were made during 2 and 7 wk of waterlogging with a water table at 3 (1 st) and 6 cm below the soil surface (2nd experiment). Net CO₂ assimilation rate (A), and leaf conductance to CO₂ (g) were rapidly and strongly affected by waterlogging in almost every case. CO₂ diffusion analysis of gas exchange data revealed that both stomatal and non stomatal limitations apparently induced this decline. Predawn leaf water potential remained high in all cases, indicating that reductions in photosynthesis were not due to altered leaf water status. Possible mechanisms relating root hypoxia and leaf physiology are discussed. Within this general framework, some species-related differences could be detected: reactions of Q roburwere in general much more limited than those of Q rubra and Q palustris, being virtually absent when the water table remained at 6 cm below soil surface. This observation could be connected with the ability of Q robur to produce more adventitious roots when waterlogged. No significant long term trend parallelling phases of root decay and subsequent root regeneration could be observed in photosynthesis for this species.

Résumé - Photosynthèse et état hydrique de jeunes semis de chênes soumis à un ennoyage. Nous avons analysé les effets d'une hypoxie racinaire due à un ennoyage sur la photosynthèse foliaire et l'état hydrique de jeunes plants de Quercus robur, Q petraea, Q rubra et Q palustris au cours de 2 expériences successives. Des mesures quotidiennes (1^re expérience) et hebdomadaires (2^e expérience) d'échanges gazeux ont été réalisées pendant 2 et 7 semaines d'ennoyage contrôlé, avec une nappe d'eau à 3 (1^re expérience) et à 6 cm (2^e expérience) de la surface du sol. L'assimilation nette de CO₂ (A) et la conductance foliaire pour le CO₂ (g) ont été très fortement et rapidement réduites par la contrainte au cours des 2 expériences dans presque tous les cas. L'utilisation d'un modèle de diffusion du CO₂ vers les tissus mésophylliens indique que les limitations observées seraient dues à des facteurs stomatiques et non stomatiques. Le potentiel hydrique de base est resté élevé pendant toute la phase d'ennoyage. De ce fait, les perturbations foliaires observées ne peuvent pas être expliquées par une dégradation de l'état d'hydratation des tissus foliaires. La possibilité d'une intervention de métabolites racinaires est discutée. Un certain nombre de différences entre espèces ont pu être détectées à l'intérieur de ce cadre général. Q robur s'est révélé beaucoup moins sensible que Q rubra et Q palustris dans nos conditions. En particulier, les réductions de photosynthèse ont été pratiquement absentes au cours de la seconde expérience, avec une nappe à 6 cm de la surface. Ces différences peuvent être mises en parallèle avec les capacités de production de racines adventives de cette espèce en conditions d'hypoxie. Cependant, l'alternance d'une phase de dégradation de racines et d'une phase de régénération racinaire intense ne s'est pas traduite par des fluctuations de la photosynthèse foliaire.

Key words: stomatal conductance / water potential / Quercus robur / Quercus petraea / Ouercus palustris / Quercus rubra

Mots clés : hypoxie / ennoyage / assimilation nette / stomate / potentiel hydrique / Quercus robur / Quercus petraea / Quercus palustris / Quercus rubra