Ecophysiological factors contributing to the distributions of several Quercus species in the intermountain west

Abstract - Aspects of the water relations of three oak species (Quercus gambelii, Q turbinella and Q macrocarpa) and their hybrids (Q gambelii x turbinella, Q gambelii x macrocarpa) were observed under common garden conditions in northern Utah, USA. In the absence of summer moisture inputs, Q macrocarpa and Q turbinella were unable to maintain active gas exchange through the day; following an early morning peak, leaf conductances to water vapor remained very low through the remainder of the day. In contrast, Q gambelii and the hybrids were able to maintain high leaf conductances throughout this period. Consistent with these observations, Q gambelii is thought to have a root system penetrating to the deeper, winter-recharged layers, a feature apparently absent in both Q macrocarpa or Q turbinella. Based on current hybrid distributions, both Q turbinella and Q macrocarpa once extended into drier more northerly regions than they occupy at present. When these parents retreated, they left behind hybrids with Q gambelii, which do not depend on monsoonal moisture input. Leaf size, leaf longevity, carbon isotope ratio, and minimum winter temperatures appear not to be correlated with the absence of Q macrocarpa and Q turbinella from summer-dry habitats. Instead it appears that reliance on summer monsoon events is one of the critical factors influencing loss of these oaks from summer-dry sites in the intermountain west.

Résumé - Facteurs écophysiologiques contribuant à la distribution de différentes espèces de chênes dans l'Ouest américain. Les caractéristiques hydriques de trois espèces de chênes (Quercus gambelii, Q turbinella et Q macrocarpa) et de leurs hybrides (Q gambelii x turbinella, Q gambelii x macrocarpa) ont été analysées sur des arbres en plantations comparatives dans le nord de l'Utah (États-Unis). En l'absence d'irrigation pendant les mois d'été, Q turbinella et Q macrocarpa étaient incapables de maintenir des échanges gazeux actifs en cours de journée ; après un pic matinal, la conductance stomatique restait très faible pendant le reste du temps. En revanche, Q gambelii et les hybrides ont maintenu des conductances stomatiques élevées pendant toute cette période. Ces observations sont à mettre en relation avec la présence sur les individus de Q gambelii d'un système racinaire capable d'atteindre les couches du sol plus profondes et rechargées en humidité en cours de l'hiver, alors que ni Q turbinella ni Q macrocarpa ne présentent cette caractéristique. En se basant sur la distribution actuelle des deux hybrides, on peut supposer que Q turbinella et Q macrocarpa occupaient autrefois des régions plus septentrionales et plus sèches que leur aire actuelle. Lors du retrait des deux espèces parentes, les hybrides avec l'espèce Q turbinella, qui dépend moins des pluies estivales, sont restés en place. La dimension et la longévité des feuilles, le rapport de composition isotopique du carbone, et les températures hivernales minimales ne sont pas corrélés avec l'absence de Q macrocarpa et de Q turbinella des habitats à sécheresse estivale. En revanche, la dépendance aux pluies estivales semble être le facteur critique contribuant à la disparition progressive de ces espèces des sites à sécheresse estivale de la zone des plateaux de l'ouest américain.