Photosynthetic responses of white spruce saplings (<i>Picea glauca</i>) to controlled density gradients of spruce and green alder (<i>Alnus crispa</i>)

AbstractPhysiological responses to competitive and facilitative interactions between white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and green alder (Alnus crispa [Ait.] Pursh) grown together in Nelder plots were assessed through measurement of spruce in situ shoot photosynthetic potential, stomatal conductance and measurements of needle chemistry. Neither proximity to alder nor overall plant density were found to impact spruce maximum net photosynthetic rates during midsummer. However, photosynthetic potential declined in spruce saplings grown at low densities at the end of the summer, suggesting that spruce saplings benefited from the microhabitat modification provided by both alder and spruce neighbors at higher densities. Although temperatures and precipitation were normal for interior Alaska, low soil volumetric water content and low needle water content suggested that saplings in all treatments were drought stressed. Path analysis was used to relate above- and below-ground abiotic conditions to photosynthetic rates and stomatal conductances to estimate the relative importance of plant-modified environmental conditions in explaining photosynthetic rates. We found that although both alder and spruce decreased soil water, there were not strong relationships between plant modified soil water content and needle water content, or stomatal conductances. Data from nearby canopy and open plots suggested that lower maximum temperatures and higher minimum humidity under the canopy might improve the water status of spruce growing under the canopy. Increasing density of both spruce and alder increased the soil nitrogen slightly, but needle nitrogen was negatively related to the density of neighbors, suggesting that increased biomass resulted in below-ground competition for nitrogen. We found a direct negative effect of light on maximum net photosynthesis late in the summer, suggesting that neighbors could prevent photoinhibition after cool nights in the fall.RésuméLes réponses physiologiques à la compétition et à la facilitation entre des gaules d’xÉpinette blanche (Picea glauca (Moench)Voss) et d’Aulne crispé (Alnus crispa (Ait.) Pursh) ont été évaluées dans des parcelles Nelder à l’aide de mesures in situ du potentiel photosynthétique, de la conductivité stomatale et de la chimie des aiguilles de l’Épinette blanche. Ni la proximité à un aulne, ni la densité globale des plants des deux espèces n’avaient d’impact sur les taux photosynthétiques nets maximums de l’Épinette blanche au cours de l’été. Cependant, le potentiel photosynthétique des gaules d’Épinette blanche croissant à faible densité a diminué vers la fin de l’été, ce qui suggère un effet bénéfique du microclimat fourni à densité plus élevée par les plants voisins d’Aulne crispé ou d’Épinette blanche. Même si la température et les précipitations étaient dans les normales pour l’intérieur de l’Alaska, la faible teneur en eau du sol et des aiguilles suggère que les gaules étaient sous stress hydrique dans tous les traitements. Afin d’estimer l’importance relative des conditions environnementales modifiées par les gaules dans l’explication des taux photosynthétiques, l’analyse des coefficients de direction a été utilisée pour mettre en relation les conditions physiques au niveau racinaire et au niveau de la futaie avec les taux photosynthétiques et la conductivité stomatale. Même si l’aulne et l’épinette ont pour effet de diminuer la quantité d’eau dans le sol, on n’a pas trouvé de relation significative entre la teneur en eau du sol modifiée par les gaules et le contenu en eau des aiguilles ou la conductivité stomatale. Des données provenant de quadrats sous couvert et en milieu ouvert suggèrent que les températures maximales plus basses et l’humidité maximale plus élevée sous couvert pouvaient augmenter le statut hydrique des épinettes croissant dans ces conditions. L’augmentation de la densité des épinettes et des aulnes ont augmenté légèrement la quantité d’azote dans le sol, tandis que le contenu en azote des aiguilles était relié négativement à la densité des plants voisins, suggérant qu’une biomasse accrue résulte en une compétition pour l’azote au niveau racinaire. Nous avons trouvé un effet négatif direct de la lumière sur la photosynthèse nette maximale à la fin de l’été, ce qui suggère que les plants voisins peuvent prévenir la photoinhibition par suite de nuits fraîches à l’automne.Key Words: CompetitionFacilitationPath analysisPhotoinhibitionPhotosynthesisWater stressMots-clés: compétitionFacilitationAnalyse des coefficients de directionPhotoinhibitionPhotosynthèseStress hydrique

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