Photosynthetic response of European beech to atmospheric and soil drought

Abstract Physiological response of European beech under soil and atmospheric drought conditions was investigated in this study. A group of six beech trees was irrigated during the growing season 2012, while the second group of non-irrigated (control) beech trees was treated under natural soil drought. During the experiment, we observed more than 45-day long period when no precipitation fell on the soil surface. The relationship of PN (CO2 assimilation rate) to gS (stomatal conductance) was very tight in both groups, which indicates that stomatal opening was the main factor limiting PN. The statistically significant differences in gS between the groups of trees were revealed only on the last measuring day. The significant differences in PN were confirmed on the days when the differences in soil water potential (ΨS) appeared. On these measurement days, the PN values of irrigated individuals were approximately 1.9 or 3.3 times greater than the values of non-irrigated individuals. At the level of primary photosynthetic processes (chlorophyll fluorescence parameters) we did not observe lower values of the control individuals in comparison with the irrigated trees in any of the evaluated parameters. Long-term soil water deficit caused strong decrease of leaf water potential (ΨL) in the control trees, but ΨL values of the irrigated trees were also rather low due to diurnal dynamics in higher parts of crown. Close relationship between ΨL and gS was confirmed for the control (non-irrigated) trees, but could not be confirmed for the irrigated trees. We revealed significant influence of VPD (vapour pressure deficit of the air) on gS only in the control group. On the days when ΨS decreased, the stomata of the non-irrigated trees were closed in spite of the low VPD values. Almost complete stomatal closure in both groups of trees was caused by the increase of VPD to 1.2 kPa. Abstrakt Príspevok sa zaoberá skúmaním fyziologických reakcií buka na atmosférické a pôdne sucho. Skupina šiestich bukov bola zavlažovaná počas vegetačnej sezóny 2012, pričom druhá skupina bukov (kontrola) bola ponechaná v prirodzených pôdnych vlahových podmienkach. Počas experimentu bola pozorovaná viac než 45 dní trvajúca perióda, kedy sa zrážková voda nedostala na povrch pôdy. Potvrdili sme silnú závislosť rýchlosti asimilácie (PN) na prieduchovej vodivosti (gS), čo dokazuje, že otvorenosť prieduchov bola hlavným limitujúcim faktorom priebehu asimilácie CO2. Štatisticky významné rozdiely gS medzi skupinami boli potvrdené len počas posledného merania. Významné rozdiely v PN sa potvrdili pre dni, v ktorých sme zistili výrazné rozdiely vo vodnom potenciáli pôdy (ΨS). Počas týchto dní boli priemerné hodnoty PN pre zalievané stromy 1,9, resp. 3,3-krát vyššie v porovnaní s nezavlažovanými jedincami. Na úrovni primárnych fotosyntetických procesov (parametre fluorescencie chlorofylu) sme nezistili nižšie hodnoty kontrolných jedincov v porovnaní so zavlažovanými. Dlhodobý deficit vody spôsobil pokles vodného potenciálu listov (ΨL) kontrolných stromov. Potvrdili sme závislosť gS na ΨL pri kontrolných jedincoch, nie však pri zavlažených. Vplyv deficitu tlaku vodných pár (VPD) významne ovplyvnil gS len pri kontrolnej skupine. Počas dní, kedy poklesol ΨS, boli prieduchy nezalievaných jedincov zatvorené aj v prípade, že hodnoty VPD boli nízke. Takmer úplné zatvorenie prieduchov oboch skupín stromov bolo spôsobené nárastom VPD na hodnotu 1,2 kPa.