Ann. For. Sci. 53 (1996) 173-180
DOI: 10.1051/forest:19960201

Summer and winter embolism in oak: impact on water relations

MT Tyree^a and H Cochard<sup>b

a</sup>  Aiken Forestry Sciences Laboratory, USDA Forest Service, PO Box 968, Burlington, VT 05402, USA
^b  Unité d'écophysiologie forestière, Inra, 54280 Champenoux, France

Abstract - In this paper we review vulnerability to embolism caused by drought and freezing in six species of oak (Quercus). The xylem pressure potential that induces 50% loss hydraulic conductivity ranges from -2.5 to -6.0 MPa for the species reviewed and correlates with other measures of drought tolerance in oaks. The probability of vessel dysfunction increases with vessel size for both drought- and freezing-induced embolism. The impact of embolism is a reduction in hydraulic conductivity in the vascular system. We conclude that embolism plays little role in the drought tolerance of oaks since drought-induced embolism occurs at more negative water potentials than are known to cause damage (eg, reduced growth) or mortality. Nevertheless, vulnerability to embolisms probably explains species distributions between wet and dry sites or may explain the evolution of stomatal physiology. Oaks seem to operate close to the point of xylem dysfunction, but oaks protect against embolism by stomatal regulation which keeps water potentials above that causing 'run-away' embolism. In conclusion, vulnerability to summer embolisms correlates with other measures of drought tolerance of oak species but significant summer embolisms are generally avoided. On the other hand, frost-induced embolism may explain species distributions in cold climates.

Résumé - Embolie estivale et hivernale chez les chênes : conséquences sur les relations hydriques. Cet article fait la synthèse des données sur la vulnérabilité à l'embolie causée par stress hydrique et thermique de six espèces de chênes (Quercus). Le potentiel hydrique induisant 50 % de perte de conductivité hydraulique varie de -2,5 à -6,0 MPa selon les espèces analysées et est corrélé à d'autres indices de tolérance à la sécheresse chez les chênes. La vulnérabilité des vaisseaux à la sécheresse et au gel augmente avec leur taille. L'embolie a pour conséquence de réduire la conductivité hydraulique du système vasculaire. Nous avons conclu que l'embolie joue un rôle mineur dans la tolérance à la sécheresse de chênes puisque l'embolie se développe à des potentiels hydriques plus négatifs que ceux induisant des dommages (par exemple réduction de la croissance) ou de la mortalité. Néanmoins, la vulnérabilité à l'embolie pourrait expliquer la distribution des espèces entre les régions sèches et humides et peut expliquer l'évolution de la physiologie des stomates. Les chênes semblent fonctionner près du point de dysfonctionnement du xylème, mais ils se protègent du risque d'embolie grâce à une régulation stomatique qui permet de maintenir le potentiel hydrique au-dessus du point «d'emballement» de l'embolie. En conclusion, la vulnérabilité à l'embolie estivale est corrélée à d'autres mesures de tolérance à la sécheresse chez les chênes, mais des degrés importants d'embolies estivales sont généralement évités. D'autre part, l'embolie induite par le gel pourrait expliquer la distribution des espèces sous climats froids.

Key words: Quercus spp / embolism / water relations / hydraulic conductance

Mots clés : Quercus spp / embolie / relations hydriques / conductance hydraulique