Ann. For. Sci. 53 (1996) 447-459
DOI: 10.1051/forest:19960226

The effects of elevated CO₂ and water stress on whole plant CO₂ exchange, carbon allocation and osmoregulation in oak seedlings

P Vivin, JM Guehl, A Clément and G Aussenac

Unité écophysiologie forestière, équipe bioclimatologie et écophysiologie, Centre de Nancy, Inra, 54280 Champenoux, France

Abstract - Seedlings of Quercus robur L grown under present (350 μmol mol ^-1) or twice the present (700 μmol mol^-1) atmospheric CO₂ concentrations, were either maintained well-watered or subjected to a drought constraint late in the growing season (25 August 1993). Despite an initial stimulation of biomass growth (+44%) by elevated CO₂, there was no significant difference in plant dry weight at the end of the growing season (15 October 1993) between the two CO₂ treatments, irrespective of watering regime. Under drought conditions, although there was no growth increase in response to elevated CO₂ concentration, there was a stimulation in net photosynthesis. In addition, the respiration rate of the root + soil system (root dry matter basis) was slightly lower in the elevated than in the ambient CO₂ concentration. These results, together with the results from short-term ¹³C labelling, suggest enhanced plant carbon losses through processes not assessed here (aerial respiration, root exudation, etc) under elevated CO₂ concentration. In the droughted conditions, new carbon relative specific allocation values (RSA) were greater under elevated CO₂ than under ambient CO₂ concentration in both leaf and root compartments. Osmotic potentials at full turgor (π _o) were lowered in response to water stress in leaves by 0.4 MPa for the elevated CO₂ treatment only. In roots, osmotic adjustment (0.3 MPa) occurred in both the CO₂ treatments.

Résumé - Effets de l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO₂ et d'un déficit hydrique sur les échanges gazeux, la répartition carbonée et l'osmorégulation de semis de chêne. Des semis de chêne pédonculé (Quercus robur L) cultivés sous des concentrations atmosphériques en CO₂ de 350 ou 700 μmol mol^-1 ont été, pour moitié, soit bien alimentés en eau, soit soumis à une sécheresse appliquée tardivement dans la saison de végétation (25 août 1993). En dépit d'une première phase de stimulation de la production de biomasse (+44 %, 30 juillet 1993) par le CO₂, aucune différence significative dans la biomasse des plants entre les deux traitements CO₂ n'a été observée à la fin de la saison de végétation (15 octobre 1993), ceci quel que soit le régime hydrique. En conditions de sécheresse, l'assimilation nette de CO₂ fut stimulée par le CO₂, malgré l'absence de stimulation sur la croissance. Par ailleurs, le taux de respiration du système racine-sol (rapportée à la matière sèche racinaire) était légèrement plus faible sous CO₂ élevé que sous CO₂ ambiant. Ces résultats, ajoutés aux résultats de marquages ¹³CO₂ à court terme suggèrent des pertes carbonées augmentées sous CO₂ élevé, par l'intermédiaire de processus non étudiés ici (respiration aérienne, exudation racinaire,...). En conditions de sécheresse, les valeurs de répartition relative spécifique du nouveau carbone étaient plus importantes sous CO₂ élevé que sous CO₂ normal, à la fois dans les compartiments foliaire et racinaire. Les potentiels osmotiques à pleine turgescence (π₀) étaient diminués en réponse au stress hydrique dans les feuilles de 0,4 MPa uniquement pour le traitement CO ₂ à 700 μmol mol ^-1. Dans les racines, un ajustement osmotique (0,3 MPa) était observé pour les deux traitements CO ₂.

Key words: elevated CO₂ / water stress / osmoregulation / carbon allocation / Quercus robur

Mots clés : CO₂ / sécheresse / osmorégulation / répartition carbonée / Quercus robur