Ann. For. Sci. 59 (2002) 19-27
DOI: 10.1051/forest:2001002

Within crown variation in hydraulic architecture in beech (Fagus sylvatica L): evidence for a stomatal control of xylem embolism

Damien Lemoine^a, Hervé Cochard^b and André Granier<sup>a

a</sup>  INRA, Unité d'Ecophysiologie Forestière, 54280 Champenoux, France
^b  INRA-PIAF, Domaine de Crouël, 63039 Clermont-Ferrand, France

(Received 13 March 2001; accepted 6 July 2001)

Abstract
The stomatal control of embolism in Fagus sylvatica L. was analysed in response to crown position and experimental changes of trunk hydraulic resistance. On one mature beech tree deep cuts were made in the trunk to increase the resistance to water transfert. We followed the changes in leaf and xylem water potential and stomatal conductance after the cuts at three levels within the canopy. We characterised vulnerability to cavitation for branches taken from two levels of irradiance (sun-exposed branches and shaded ones). Some differences appeared between shade and sun-exposed branches. When the leaf water potential dropped, stomatal conductances decreased earlier and faster in the shade branches. These results are well correlated with vulnerability to cavitation, shade branches being more vulnerable than sun-acclimated branches. Xylem water potential levels producing fifty percent loss of hydraulic conductivity were lower in sun-exposed branches than in shade grown ones (-3.1 MPa vs. -2.5 MPa on average). Xylem water potentials that induced stomatal closure were above the threshold-value inducing cavitation both for shade and sun-exposed branches. We confirmed that vulnerability to cavitation in Fagus sylvatica can acclimate to contrasting ambient light conditions, and we conclued that stomatal response to water stress occured early and sufficiently fast to protect xylem from dysfunction.

Résumé
Variations de l'architecture hydraulique du hêtre (Fagus sylvatica L.) : contrôle de l'embolie du xylème par les stomates. Nous avons analysé le contrôle stomatique du développement de l'embolie chez Fagus sylvatica L. en fonction de l'éclairement des branches et suite à un changement de la résistance hydraulique du tronc. Nous avons fait des entailles dans le tronc d'un hêtre de façon à augmenter la résistance au transfert de l'eau. Nous avons suivi les variations de potentiels hydriques foliaire et de xylème et la conductance stomatique à trois niveaux dans le houppier. Nous avons caractérisé la vulnérabilité à la cavitation de branches de pleine lumière et d'ombre. Lorsque le potentiel hydrique a diminué, la conductance stomatique des branches d'ombre a diminuée le plus tôt et le plus fortement. Ce résultat est bien corrélé avec la vulnérabilité à la cavitation des branches. Les branches d'ombre sont plus vulnérables que les branches de lumière ; ainsi le potentiel hydrique de xylème induisant 50 % d'embolie est plus négatif en plein éclairement qu'à l'ombre (-3,1 MPa contre -2,5 MPa). Le potentiel de xylème induisant la fermeture des stomates est supérieur au potentiel induisant la cavitation à la lumière comme à l'ombre. Nous avons confirmé que la vulnérabilité du hêtre s'acclimate aux conditions d'éclairement et que les stomates protègent le xylème d'un dysfonctionnement.

Key words: beech (Fagus sylvatica L.) / xylem embolism / stomatal regulation / irradiance / acclimation

Mots clés : hêtre (Fagus sylvatica L.) / embolie / régulation stomatique / éclairement / acclimatation

Correspondence and reprints: André Granier
    e-mail: agranier@nancy.inra.fr

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