Ann. For. Sci. 55 (1998) 159-172
DOI: 10.1051/forest:19980110

Tree water relations and climatic variations at the alpine timberline: seasonal changes of sap flux and xylem water potential in Larix decidua Miller, Picea abies (L.) Karst. and Pinus cembra L

Tommaso Anfodillo, Stefano Rento, Vinicio Carraro, Luca Furlanetto, Carlo Urbinati and Marco Carrer

Dipartimento Territorio e Sistemi Agro Forestali, University of Padova, Agripolis, Via Romea, 16, 35020 Legnaro (PD), Italy

Abstract - Trees growing at the alpine timberline very seldom undergo severe water stress because of high precipitation during the vegetative period. Since trees are adapted to moist conditions, moderate water deficit may lead to a strong reduction in transpiration. Transpiration and xylem water potential were measured in two individuals each of Pinus cembra, Larix decidua and Picea abies growing at the timberline (2 080 m a.s.l.) in the north-eastern Italian Alps. From June to October 1996 predawn water potential was between -0.29 and -1.0 MPa with moderate differences among species. Throughout the growing period L. decidua showed a progressive decrease in the minimum water potential (from -0.45 to -1.93 MPa); in P. abies and P. cembra variations were more correlated to weather conditions with minima (-1.2 and -1.49 MPa, respectively) during a mild drought period. L. decidua showed the mean daily maximum sap flux density (about 3.3 dm ³ dm^-2 h^-1) while mean maximum values in P. abies and P. cembra were about 0.9 and 0.7, respectively. High daily fluctuations of sap flow were observed in relation to rapid variations in weather conditions, particularly in L. decidua. Regardless of species a very high stomatal sensitivity to vapour pressure deficit was recorded. The three species seem to have evolved different drought avoidance strategies. L. decidua maintained a relatively high transpiration even during moderate water deficit periods because of its high water uptake capacity. During the same drought period P. abies and P. cembra showed an evident reduction in sap flux, suggesting a water saving behaviour. These different responses should be taken into account when considering the effects of global change on timberline trees. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Relations hydriques des arbres et facteurs du climat à la limite forestière alpine : variations saisonnières du flux de sève et du potentiel hydrique chez Larix decidua Miller, Picea abies (L.) Karst. et Pinus cembra L. Les arbres situés à la limite forestière dans les Alpes sont rarement soumis à des contraintes hydriques sévères, car les précipitations durant la période de végétation sont élevées. Alors que ces arbres sont adaptés à des conditions de forte humidité, une contrainte hydrique modérée peut conduire à une forte réduction de leur transpiration. La transpiration et le potentiel hydrique ont été mesurés sur deux individus de chacune des espèces : Pinus cembra, Larix decidua et Picea abies dans la zone de la limite forestière (altitude 2 080 m), dans le nord-est des Alpes italiennes. De juin à octobre 1996, le potentiel hydrique de base a varié entre -0,29 et -1,0 MPa, avec peu de différences entre espèces. Au cours de la période de végétation, L. decidua a montré une diminution progressive de son potentiel hydrique minimum (passant de -0,45 Mpa à -1,93 Mpa). Chez P. abies et P. cembra, les variations de ce paramètre étaient plus fortement corrélées aux facteurs climatiques, les valeurs atteintes étant respectivement de -1,2 Mpa et de -1,49 Mpa pour ces deux espèces, lors d'une période de sécheresse modérée. Les valeurs les plus élevées de densité de flux de sève ont été observées chez L. decidua (environ 3,3 dm³ dm^-2 h^-1), contre 0,9 dm³ dm^-2 h^-1 chez P. abies et 0,7 dm ³ dm^-2 h^-1 chez P. cembra. Des fortes variations journalières de flux de sève ont été mises en évidence en relation avec les fluctuations rapides des conditions climatiques, notamment chez L. decidua. Une forte sensibilité des stomates au déficit de saturation de l'air a été observée pour chacune de ces espèces. Ces trois espèces semblent avoir développé différentes stratégies de réponse à la sécheresse : L. deciduca a maintenu un taux de transpiration relativement élevé, même lors d'une sécheresse, en relation avec une forte capacité d'extraction de l'eau dans le sol. Au cours de la même période de dessèchement, P. abies et P. cembra ont montré une nette réduction de leur flux de sève, ce qui indiquerait une stratégie d'évitement. Ces différentes réponses doivent être prises en compte lorsqu'on s'intéresse aux effets des changements climatiques dans cette zone de limite forestière. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: water relations / timberline / drought resistance / stomatal sensitivity / climate warming effects

Mots clés : relations hydriques / limite forestière / résistance à la sécheresse / régulation stomatique / réchauffement du climat