Effets de la sécheresse sur la vulnérabilité du xylème et les traits hydrauliques de

Pinus halepensis Mill.

Amira Ben mna

Thèse encadrée par Med Larbi Khouja INGREF,TunisRoland Huc, INRA,URFM, Avignon

AGORA Workshop, Tunis 12 Juin, 2012

• Les sécheresses exceptionnelles créent des dommages écologiques et économiques considérables dans les écosystèmes forestiers

• La projection du climat futur annonce des épisodes desécheresse plus longs, plus fréquents et plus intensespour la région Méditerranéenne considérée comme unhotspot

Introduction

Forte contrainte hydrique, en augmentation suivant les scenarios de changement climatique

(Gao and Giorgi, 2008)

Face à ces contraintes élevées les arbres ont-ils tous les même capacités pour éviter les dysfonctionnements

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L'ascension de la sève

gradient de pression(tension)

La circulationde la sève

ponctuation

trachéides

L’embolie

Sous l’effet de fortes tensions, la colonne d’eau est brisée par une bulle d’air (cavitation). Si le système segénéralise c’est l’embolie.

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La transpiration rapide en période de sécheresse augmente la tension de l'eau dans le système conducteur des arbres, ce qui accroît le risque d'embolie gazeuse et le dysfonctionnement du xylème

Mesure de la perte de conductivité en fonction de la tension

0

20

40

60

80

100

-8 -6 -4 -2 0

PL

C (

%)

Potentiel hydrique (MPa)

P50

Sécheresse croissante

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- La vulnérabilité du xylème est quantifiée comme la tension (potentiel hydrique) de l'eau

induisant 50% de la perte de la conductivité hydraulique (P50) dans la partie considérée de la

plante

Variabilité du trait de vulnérabilité à l’embolie

- Diffère t’elle à l’échelle intra-spécifique (provenances) ?

Breda et al. AFS, 2006

Vulnérabilité à l’embolie (mesurée par la P50) chez plusieurs espèces méditerranéennes par rapport à des espèces tempérées.

La vulnérabilité diffère suivant les espèces

ce qui rend la P50 un critère important pour identifier les génotypes résistants à la sécheresse.

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La thèse est essentiellement axée sur le fonctionnement hydraulique. Elle se déroule dans une première étape en France avec :

mesure de traits directement associés à la résistance à la sécheresse du pin d’Alep (vulnérabilité du xylème) ; choix d’autres mesures indirectes (proxys) pouvant s’appliquer sur des effectifs larges (conductivité hydraulique, densité du bois, LMA,...) ;

analyse des corrélations entre traits sur un nombre limité d'arbres pour valider l'intérêt de ces mesures ;

évaluation de la diversité génétique dans les peuplements naturels (SOERE - Font-Blanche)

Une seconde étape se déroule en Tunisie avec :

comparaison de la diversité observée dans des provenances en tests

et dans les peuplements d'origine correspondants

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– Les provenances, sur un même site, qui présentent des taux de survie différents vis à vis de la sécheresse, ont-ils des traits hydrauliques différents ?

– Ces traits peuvent ils expliquer la différence de survie ?

Objectifs de la présente étude

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Plusieurs provenances de Pinus halepensis se trouvent autour de la Méditerranée. Dans cette étude, nous avons cherché à caractériser leurs propriétés hydrauliques en lien avec la tolerance à la sécheresse en essayant de répondre principalement à 2 questions :

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L'étude de la variabilité phénotypiquede pin d'Alep dans le bassin méditerranéen

vis à vis à la résistance à la sécheresse des arbres sélectionnés

est un défi important

Dans ce processus, la vulnérabilité du xylème est un paramètre clé pour

explorer la résistance des arbres face à une grave sécheresse. Cela peut

avoir des implications importantes

pour la gestion des forêts (naturel et artificiel) et pour l'adaptation au

changement climatique.

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Matériel et Méthodes

P. halepensisen forêt naturelle (site de Font-Blanche)

Provenances de P. halepensis dans une plantation comparative (Ceyreste, Bouches du Rhône : a, b, c) et dans une forêt naturelle (d)

. potentiel hydrique du xylème

. courbes de vulnérabilité (P50)

. conductivité hydraulique / surface d'aubier (Ks)

. conductivité hydraulique / surface foliaire (Kl)

Mesures

Provenancesa - Ouardane Bouksane, Maroc

b - Cehegin, Espagne

c - Vico del Gargano, Italy

d - Font-Blanche, France

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Arbres - témoins

- soumis à 30% d’exclusion des précipitations

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Xyl’EmINRA PIAF – Bronkhorst ®

1. Mesure de la conductivité native

2. Mesure de la perte de conductivitéen fonction de la sécheresse pour évaluer la vulnérabilité

Les mesures hydrauliques(Sperry et al. 1988)

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Azote sous pression

Mesure de la perte de conductivité par embolie :la méthode d’injection d’air

Chambre à pression

tige

Dispositif de chambres multiples (Inra, Avignon)

PMS TM

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Courbes de vulnérabilité des quatre provenances de P. halepensis en plantation comparative (Ceyreste)

Font-Blanche

Vico del Gargano

G. Bouksane

Cehegin

Pert

e d

e la c

onduct

ivité

(%)

Potentiel hydrique du xylème(MPa)

P50

Les résultats indiquent :- une différence de réponse des branches concernant la vulnérabilité à la sécheresse.La tension moyenne du xylème pour P50 est comprise entr -5,6 à -4,4 MPa ;

- une meilleure résistance du xylème est affiché par les arbres de la forêt naturelle et, paradoxalement, par les arbres de la provenance (Vico del Gargano) qui a un faible taux de survie dans les plantation comparatives (Bariteau, 1992).

Résultats

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Effets à court terme de la sécheresse expérimentale in-situ

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- KS et Kl augmentent sous l’effet de la sécheresse

- Pas de modification de P50Après deux années de traitement …

Cela traduirait par la mise en place d’un double levier :- l’augmentation de la porosité (Ks) des axes- la diminution des surfaces transpirantes par rapport à la conductivité (Kl)

Ces deux traits hydrauliques (Ks et Kl) permettent de réduire les tensions en situation de sécheresse et donc les risques d’embolie

Comment s’explique cette situation paradoxale (faible survie et meilleure résistance à l’embolie) ?

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Conclusion La P50 est un paramètre clé dans l'adaptation et la tolérance

des plantes à la sécheresse aussi bien un trait variable au sein d’une population.

Les courbes de la vulnérabilité sont toutefois difficiles à établirpour un nombre important de répétitions en vue d’effectuerdes tests génétiques

les traits hydrauliques, comme Ks, Kl, sont aussi des traitsessentiels pour réguler les tensions et les pertes d’eau

Ces traits, comme les traits foliaires, et les caractéristiques dubois tels que la microdensité (actuellement en cours d’analyse,collab. Ph. Rozenberg) sont des proxys de vulnérabilité à lasécheresse, et se prêtent davantage à l’analyse des grandesséries.

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Perspectives

• Explorer la variabilité génétique de la résistance à la cavitation

• Sélectionner et identifier les meilleurs génotypes performants au stress hydrique

• Identifier les base génétiques de la cavitation

• Comprendre certains effets des accidents climatiques extrêmes sur la stabilité des forêts

• Utilisation de cet methode sur d ’autres espèces (Pinus nigra, Quercus suber)

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Objectifs

• Explorer la variabilité génétique de la résistance à la cavitation chez les différentes provenances de Pin pignon et de Pin d’Alep dans des peuplements en milieux naturel

• Identifier et sélectionner les provenances les plus performantes vis-à-vis des contraintes hydriques.

Thank you