Winter depression and spring recovering of photosynthetic function of five coniferous species in the treeline zone of the Southern Alps (Trentino-South Tyrol)

SUMMARY - Winter depression and spring recovering of photosynthetic function of five coniferous species in the treeline zone of the Southern Alps (Trentino-South Tyrol) - Over a period of two years microclimate and physiological features of five coniferous species (Spruce, Cembran pine, Larch, Mountain dwarf pine, Scots pine) growing at the treeline on Mt. Weisshorn / Corno Bianco were monitored. Temperature profiles and plants light microclimate were studied and chlorophyll fluorescence, chlorophyll and carotenoids concentrations and needle water content were measured. An evident positive relationship between air temperature and quantum use efficiency of photosystem II and a depression of photosynthetic pigments concentration during winter and spring were found. Excessive light reduced quantum yield of PSII efficiency and, coupled with insufficient temperature, led to a permanent depression of photosynthetic capacity at higher elevations or in more exposed sites. In some cases these damages induced winter desiccations of needle and/or shoots. Sheltering effect of canopies positively influenced photosynthetic performances and health of shoots, allowing higher growth and survival rates. In order to simulate the effects of temperature on spring recovery of photochemical efficiency of PSII two models, based on thermal sums, have been calibrated and tested for Norway spruce; nevertheless, simpler running mean models provided better results. RIASSUNTO - Depressione invernale e recupero primaverile delle funzioni fotosintetiche in cinque specie di conifere nella zona di limite del bosco nelle Alpi meridionali (Trentino-Alto Adige) - Nel corso di due anni sono stati monitorati sia il microclima sia alcuni caratteri fisiologici di cinque specie di conifere (abete rosso, pino cembro, larice, pino mugo, pino silvestre) che crescono al limite del bosco sul Monte Weisshorn / Corno Bianco. Sono stati studiati i profili di temperatura e il microclima luminoso delle piante e sono stati misurati la fluorescenza clorofilliana, la concentrazione di clorofilla e carotenoidi, e il contenuto d’acqua negli aghi. E stata trovata una chiara relazione positiva tra la temperatura dell’aria e l’efficienza quantica del fotosistema II, ed evidenziato un calo nella concentrazione dei pigmenti fotosintetici in inverno e primavera. La forte radiazione luminosa, in particolare se combinata con una bassa temperatura, ha ridotto l’efficienza quantica del fotosistema II, comportando anche una depressione permanente alle quote piu elevate o nei siti piu esposti. Questi danni, nei casi piu gravi, hanno provocato dei disseccamenti invernali di aghi e/o di interi getti. L’effetto di protezione (auto-ombreggiamento) delle chiome influenza le prestazioni fotosintetiche e la salute dei getti fogliari, permettendo una piu elevata crescita e sopravvivenza delle piante. Per simulare gli effetti della temperatura sulla ripresa fotosintetica sono stati calibrati e testati due diversi modelli, basati su sommatorie termiche e specifici per l’abete rosso; tuttavia, modelli di media mobile hanno fornito risultati predittivi migliori.