Ann. For. Sci. 59 (2002) 1-18
DOI: 10.1051/forest:2001001

Needle nutrients in geographically diverse Pinus sylvestris L. populations

Jacek Oleksyn^{a, b}, Peter B. Reich^b, Roma Zytkowiak^a, Piotr Karolewski^a and Mark G. Tjoelker<sup>b, c

a</sup>  Institute of Dendrology, Polish Academy of Sciences, Parkowa 5, PL-62-035 Kórnik, Poland
^b  Department of Forest Resources, University of Minnesota, 115 Green Hall, 1530 Cleveland Avenue N., St.-Paul, MN 55108-6112, USA
^c  Department of Forest Science, Texas A&M University, College Station, TX 77843-2135, USA

(Received 13 March 2001; accepted 21st May 2001)

Abstract
Nutrient availability differs across climatic gradients, yet the role of genetic variation in potentially adaptive traits related to nutrient acquisition remains poorly understood. We examined needles of diverse Scots pine provenances grown under common-garden conditions throughout their entire life span. Based on similarities in nutrient concentration patterns, two groups of populations were identified. One comprised northern populations from 60° to 56° N, and another included populations from locations between 56° and 49° N. Northern populations sustained significantly higher concentrations of N, P, Ca, Mg, Na, Zn, Cu and Pb. Only K concentration was persistently lower in northern plants. We conclude that intraspecific genetic differences exist in foliage nutrient concentration among diverse populations. Since in northern conditions nutrient availability is often limited as a result of interactions between temperature, litter quality and its mineralization, a tendency toward higher foliage concentrations of macronutrients can be an adaptive feature enhancing plants metabolic activity in their native habitats.

Résumé
Les nutriments des aiguilles dans le pin sylvestre de différentes origines géographiques. La disponibilité des nutriments varie selon le gradient climatique et le rôle de la variation génétique dans l'adaptation potentielle liée à ce facteur reste mal compris. Nous avons examiné les aiguilles de pin sylvestre de diverses provenances cultivées dans les conditions d'élevage habituel pendant toute la durée de la vie des aiguilles. Nous avons identifié, sur la base de différences dans la concentration des nutriments, deux groupes de populations. La première contient les populations du Nord situées à des latitudes allant de 60° à 56° N. La deuxième est composée de populations originaires de localités comprises entre 56° et 49° N. Les populations du groupe nordique se caractérisent par une concentration significativement plus importante en N, P, Ca, Mg, Na, Zn, Cu et Pb. Seule la concentration en K est plus basse dans les populations nordiques. Nous avons conclu qu'il existe entre ces diverses populations une différence génétique intraspécifique de la concentration en nutriments des aiguilles. La disponibilité de nutriments est souvent limitée au Nord du fait de l'interaction de la température, de la qualité de la litière et de sa minéralisation. Une tendance à une plus grande concentration en macronutriments dans les aiguilles peut avoir un caractère adaptatif aux conditions environnementales dans les habitats naturels de ces plants.

Key words: provenance / needle nutrients / climate gradient / seasonal pattern / Scots pine

Mots clés : provenance / nutriments de feuilles / gradient du climatique / modèle saisonnier / pin sylvestre

Correspondence and reprints: Jacek Oleksyn Tel. + (612) 626-1205; Fax. + (612) 625-5212;
    e-mail: joleksyn@forestry.umn.edu

© INRA, EDP Sciences 2002