Influence du dessèchement du sol
sur
le comportement hydrique et la croissance du chêne pédonculé (Quercus pedunculata Ehrl.)
et du frêne (Fraxinus excelsior L.)
cultivés
en casesde végétation
G. AUSSENAC G. LEVY
Y. LEFEVRE culture et Pro
F. WILLM 1.N.R .A Statlon de Sylviculture et Prodllctionion
>’! 1.N,I? .A Station de Recherche,l’ sur les Sols forestiers
Centre de Recherche.1 /«!s7/ft’cA de Nancy-ClwlIlfiellOux, F 54280 Seichwnfl.1
Résumé
Il a été
procédé
à la comparaisonexpérimentale
du comportementhydrique
du chênepédonculé
et du frêne soumis à un stress (pasd’apport
d’eaujusqu’à
ce que lepotentiel
de base (Pit)
atteigne
au maximum — 19 bars), dans de grandes cuves devégétation
enterréeset sur des
plants
âgés de 5 et 4 ansrespectivement.
Le chêne diminue fortement sa transpiration dès que le sol se dessèche légèrement, alors que le frêne ne l’abaisse sensiblement que pour des réserves
hydriques
beaucoup plus faibles. En effet, pour une même chute dupotentiel hydrique
au cours de lajournée,
la résistance stomatique augmente beaucoup plus vite chez le chêne que chez le frêne ; de
plus,
uneaugmentation
considérable de la résistancestomatique
se produit lorsque cepotentiel
atteint - 14 bars chez le chêne, mais seulement - 30 bars chez le frêne.Les PB diminuent ainsi beaucoup plus
rapidement,
et le sol se dessèche beaucoupplus
vite pour le frêne que pour le chêne.La croissance en hauteur est
arrêtée,
pour les deuxespèces,
dès que le l’,:dépasse
- 11 bars, valeur atteinte bien
plus
tôt chez le frêne.Le chêne
apparaît
donc comme uneespèce
mieuxadaptée
que le frêne à des situationsnon
particulièrement
favorisées sur leplan hydrique,
cequi
lui permet d’avoir uneamplitude écologique
biensupérieure.
1. Introduction
La mise en valeur des taillis et des taillis-sous-futaie de la moitié nord de la France constitue un
problème important
pour lesgestionnaires
forestiers. Eneffet,
cespeuple-
ments
adaptés
aux besoins en bois de construction et en bois de feu de l’économie rurale du siècle dernier necorrespondent plus
à la demande actuelle. Parmi lessolutions proposées,
il estenvisagé
de favoriser d’autresespèces parallèlement
auchêne,
notamment les feuillus
précieux,
et enparticulier
le frêne. Il est donc nécessaire deconnaître le
comportement
de ces essences dans différentstypes
de milieu. Une étude de relationsstation-production (D EVAUCHELLE
&L EVY , 1977)
a mis en évidence le rôle fondamental et mêmeunique
des conditionsd’approvisionnement
en eau pour la croissance du frêne dans le Nord-Est de la France. Des résultats tout à faitcomparables s’appliquent
pour larégion
Nord-Picardie(LE
GOFF &L EVY ,
àparaître).
Afin de
pouvoir expliquer
les résultats de ces études et d’engénéraliser
les ensei-gnements,
il était nécessaire depréciser
lecomportement hydrique
du frênecomparative-
ment à celui du
chêne, qui
forme la base despeuplements
actuels concernés. Eneffet,
ce comportement est encore mal connu ; peu de travaux
expérimentaux
ont en effet étéréalisés dans ce
domaine,
bien que l’on sache defaçon empirique
que le frêne estprobablement plus exigeant
en eau que le chêne.Les
peuplements
de chêne sont souvent constitués de chênepédonculé
et de chênesessile. Nous avons choisi de nous intéresser en
premier
lieu au chênepédonculé (Qzsercus pedunculata Ehrl.),
car cetteespèce paraît
auplan écologique plus proche
du frêne quene l’est le chêne sessile.
L’étude (1) a été menée en case de
végétation,
afin d’utiliser desplants
d’unepart
croissant en conditionsclimatiques
naturelles(mis
àpart
le contrôle du facteureau)
etd’autre
part disposant
d’un volume de sol suffisammentimportant
pour leurpermettre
de pousser normalementplusieurs
années.’
2.
Dispositif expérimental
et méthodes d’étudeL’expérimentation
a consisté à comparer lecomportement
du chênepédonculé
et du frêne confrontés à un dessèchement du
sol ;
desplants
maintenus à lacapacité
auchamp
servent de témoins.Le
dispositif expérimental
a été mis enplace
àproximité
du Centre National de RecherchesForestières, près
deNancy,
en mars 1979. Il est constitué de 26grandes
cuves enterrées ayant les dimensions suivantes : diamètre 144 cm, hauteur 100 cm.
Les cuves construites en
polyéthylène
noir sont raccordées à un localenterré,
destinéau recueil des eaux de
percolation.
Elles ont étéremplies
de lafaçon
suivante : aufond 10 cm de
gravier
pour faciliter ledrainage,
au-dessus 80 cm de terre sablo- limoneuseprovenant
de l’horizonA i
d’un sol brun acideprélevé
en forêt. Ce soL abénéficié d’une fertilisation
minérale,
par cuve :- en avril 1980 : 41 grammes de
patentkali (M, Mg),
18 grammes de super-phosphate triple,
82 grammes dephosphate naturel ;
- en
juin
1980 : 45 grammes de nitroform(N
lentementsoluble) ; (doses
à l’hectare : 70kg
deK 2 0,
200kg
deP!05,
100kg
deN).
La
plantation
a été effectuée dans les cuves auprintemps
1979. 13 cuves ontété
plantées
en chênesâgés
de 3 ans(2
+1)
et Les 13 autres en frênesâgés
de 2 ans(2
+0).
Afin d’éviter d’éventuels effetsmicroclimatiques
liés à la situation sur leterrain,
la
répartition
desespèces
a été randomisée.(1) Ces recherches ont été financées en partie par la D.G.R.S.T.
Le
dispositif
estcomplété
par l’installation : de tuyauxd’arrosage
sur lapériphérie
interne de
chaque
cuve, de tubes d’accès pour un humidimètre gammaneutronique (AussENAC
&G RANIER , 1979)
et d’un toit mis enplace
à 20 cm au-dessus dechaque
cuve. Cette couverture est constituée de panneaux en matière
plastique
opaque ondulée etperforée
d’orificespermettant
le passage destiges
de chacun desplants.
Unjoint
souple
assure l’étanchéité à ce niveau. Cette couverture est destinée à maintenir le sol descuves à l’abri des
précipitations,
afin depermettre
le contrôle del’approvisionnement
en eau. Ce toit a une surface
supérieure
à celle des cuves ; il estlégèrement
inclinépour
permettre
l’évacuation des eaux depluie.
En 1979 et
1980,
tous les arbres ont été cultivés à lacapacité
auchamp. L’expéri-
mentation proprement dite a débuté au
printemps
1981. Pendant les deuxpremières années,
les arbres se sontvigoureusement développés,
donnant des ensembles à couvert fermé. Afin de negarder
que desplants
en bon état dedéveloppement,
les individus dominés ont étééliminés ;
au total ont été conservés danschaque
cuve : 21 arbrespour les chênes et 16 arbres pour les frênes.
Le
protocole expérimental adopté
pourchaque espèce
est le suivant :- une cuve est laissée sans couverture, afin d’être alimentée en eau par les
préci- pitations naturelles ;
- deux cuves sont maintenues en permanence à la
capacité
auchamp
par arro- sages hebdomadaires(cuves C) ;
- dix cuves sont mises en condition de dessèchement
(cuves S) ;
chacune n’estréhydratée (ramenée
à lacapacité
auchamp)
quelorsque
lepotentiel hydrique
de basedes
plants correspondants dépasse
- 19 bars. Lepotentiel hydrique
est évalué à l’aide d’une bombe àpression (A USSENAC
&G RANIER , 1978).
Afin d’étudier le
comportement
desarbres,
différentes mesures etopérations
ont étéeffectuées
chaque
semaine :e mesure du
potentiel
de base(Pp.)
d’un desplants
de chacune des 26 cuves(il s’agit
dupotentiel hydrique
des rameaux mesuré en fin denuit) ;
mesure de l’humidité du
sol,
à l’aide d’un humidimètre gammaneutronique.
Lesmesures ont été faites de - 15 cm à -45 cm, ce
qui
n’apermis
d’évaluer l’humiditévolumique
que des 55premiers
centimètres du sol dechaque
cuve, laconfiguration
del’appareil
ne permettant pas de faire des mesuresplus rapprochées
du fond. Par diffé-rence entre les
profils hydriques
de deux datessuccessives,
il a étépossible
d’évaluerle
prélèvement
d’eau effectué par lesplants
dans cette tranche de sol. On a faitl’hypo-
thèse que leprélèvement
total dans les cuves(0,
- 80 cm) estproportionnel
à celuieffectué de 0 à - SS cm. Dans la suite de ce
travail, lorsqu’il
seraquestion d’E.T.R.,
il
s’agira
duprélèvement correspondant
à la tranche de 0 à — 55 cm ;Il remise à la
capacité
auchamp
des 4 cuves maintenues humides en permanence et des cuves soumises au dessèchement et ayant atteint oudépassé
- 19 bars(Potentiel
de
base).
Apartir
de laquantité
d’eauapportée
en arrosage et de laquantité
d’eaurecueillie par
écoulement,
il estpossible
de calculer laquantité
d’eau consommée entredeux arrosages successifs : E.T.R. = A — D A : arrosage D : écoulement
Il y a lieu de remarquer que, en raison du recouvrement des cuves par les
plaques
en matière
plastique,
la valeur mesurée de E.T.R.correspond
presque exclusivement à latranspiration
desplants ;
a mesure de la croissance en hauteur de la pousse terminale de tous les
plants.
Afin de
préciser
lecomportement hydrique
desplants,
il a été effectué enjuillet
1981 une étude de la
cinétique journalière
dupotentiel hydrique
et de la résistancestomatique
desplants
de certaines cuves sélectionnées de manière àprésenter
une gammetrès étalée des
potentiels
de base. Les mesures de résistancestomatique (r s )
ont été effectuées à l’aide d’unporomètre
à diffusion VanBavel,
modèle KANEMASU et al.(1969).
Pour les 20 cuves soumises au
dessèchement,
l’arrêt des arrosages a étéappliqué
pour
chaque espèce lorsque
le débourrement a étéacquis
pour l’ensemble desplants.
Le frêne avait commencé à débourrer
plus précocement
que lechêne,
mais parsuite de
dégâts
occasionnés par unegelée tardive,
il en est résulté un débourrement concomitant des deux essences. La croissance en hauteur desplants
a donc démarréen même
temps.
3. Résultats
3.1. Evolution
comparée
de l’étathydrique
du chêne et dufrêne
en
phase
de dessèchementLa
figure
1 montre l’évolution despotentiels
de base(Pli) (courbes
extrêmes : dessèchement leplus rapide
et dessèchement leplus lent)
pour chacune des deuxespèces
en fonction du
temps.
Cettefigure
ne commencequ’au 4-06-1981,
car ce n’estqu’à partir
de cette date que la diminution despotentiels
de base devientsensible,
du moinspour le frêne. On constate que la diminution du
potentiel hydrique
de base estbeaucoup plus rapide
chez le frêne que chez le chêne. Le tableau 1indique
letemps
mis par les deuxespèces
danschaque
cuve pour atteindre différents niveaux de stresshydrique.
En moyenne, pour atteindre - 10
bars,
les frênes ont mis 29jours,
contre 69jours
pour les chênes. Il y a lieu
d’ajouter
que,compte
tenu de cette vitesse d’évolution dupotentiel
debase,
les frênes ont étéréhydratés
3fois,
alors que les chênes ne l’ont étéqu’une fois,
en fin d’été. Bienqu’il
ne soit paspossible
de faire une moyenne desconsommations en eau,
puisque
les réalimentations n’ont pas été effectuées exactementau même niveau de stress
hydrique,
il est intéressant de noter que toutes les cuves de frênes ont consommébeaucoup plus
d’eau que les cuves de chêne(tabl. 2).
Pour lescuves soumises à la
capacité
auchamp,
on constate desdifférences,
les frênesayant
eu dans ce cas aussi une consommation
supérieure
auxchênes,
mais ces différences sontproportionnellement beaucoup
moinsimportantes
que dans le cas des cuves en des-sèchement.
En raison de la texture sableuse du
sol,
lepotentiel
de base desplants
ne commence à baisser véritablement quelorsque
la réservehydrique
du sol(mesurée
sur 55 cmd’épais- seur)
devient inférieure à 60 mm, cequi représente
environ 45 p. 100 de la réserve à lacapacité
auchamp (fig. 2).
Lephénomène
estidentique
pour les deuxespèces étudiées ;
ceci confirme d’ailleurs l’intérêt de l’utilisation duP ja
pour définir l’étathydrique
du sol dans lasphère
radiculaire.3.2.
Influence
de ladi,sponibilité
en eau sur/’!t!p0!a;M!;’faf;0;t
des deux
espèces
Les résultats
précédents
montrent que le frêne consommebeaucoup plus rapide-
ment l’eau
disponible
dans le sol que le chêne. Afind’essayer
decomprendre
le fonc-tionnement de ces deux essences en
phase
dedessèchement,
on a étudié la relationentre
l’évapotranspiration
réelle et la réservehydrique,
pour les différentes cuves. Ils’agit
en fait du
prélèvement
d’eau et de la réservehydrique
dans les 55premiers
centimètres du sol. A titred’exemple,
lafigure
3représente
cette relation pour la semaine du 18 au 25juin
1981. On constate que, dès que le sol se dessèchelégèrement,
le chênediminue fortement sa
transpiration ;
par contre le frêne ne la diminue sensiblement que pour des réserveshydriques beaucoup plus
faibles. Si l’on considère d’autrespériodes,
les résultats sont
comparables.
Cephénomène explique
que le frêne consommebeaucoup plus rapidement
les réserves en eau que le chêne. Cette diminution d’E.T.R. du chênene
s’accompagne
pas d’une réduction immédiate de la croissance en hauteur. D’unefaçon générale,
pour l’ensemble de lapériode d’étude,
on constate que le frêne ne commenceà diminuer son
évapotranspiration
quelorsque
la réserve en eau du sol est très abaissée(environ
60 p. 100 de la réserve à lacapacité
auchamp),
alors que pour le chêneune forte baisse est
déjà acquise
pour une réserve encore élevée(inférieure
de 13 p. 100 à lacapacité
auchamp) ;
le niveau d’humidité du solcorrespondant
au début de 1adiminution d’E.T.R. n’a pu être déterminé car nous ne
disposons
pas de donnéescorrespondantes.
Ces résultats
expliquent
sans doute que, même dans le traitementqualifié
decapacité
auchamp,
le chêne consomme moins d’eau que lefrêne, compte
tenu d’unrythme
hebdomadaireprobablement trop
faible de réaLimentation en eau.L’étude des relations existant au cours d’une
journée (9 juillet 1981)
entrepotentiel hydrique (Wt)
et résistancestomatique (r s ) explique
les résultatsprécédents
et faitapparaître
uncomportement
très différent des deuxespèces
étudiées(fig. 4).
Eneffet,
pour une même chute du
potentiel hydrique,
la résistancestomatique augmente plus vite
chez le chêne que chez le frêne. On constate aussi quelorsque
lepotentiel
atteint- 14 bars chez le
chêne,
la résistancestomatique augmente considérablement,
alorsque cela ne se
produit
chez le frêne que pour des valeurscomprises
entre - 30 et- 35 bars.
Ce
phénomène explique
donc la raison pourlaquelle
le chêne commence à réduiresa
transpiration
pour des réserves en eauplus
élevées que ne le fait le frêne. Oncomprend
alors
pourquoi
le sot se dessèche moins vite dans les cuvesoccupées
par le chêne.En conditions
naturelles,
ce dernier résistera doncplus longtemps
au cours d’unepériode
de sécheresse.3.3.
Influence
du dessèchement du sol sur la croissanceen hauteur des deux
espèces
La
figure
5 rapporte l’évolution de l’accroissement cumulé en hauteur. On observe d’unepart
que le frêne n’a euqu’une
seulepoussée
decroissance,
alors que le chêneen a eu trois dans le traitement à la
capacité
auchamp
et deux pour les cuves subissantun
dessèchement,
lapremière
mesure(27-5-1981 )
ayant été effectuée alors que lapremière
pousse du chêne était terminée. Dans les cuves à lacapacité
auchamp,
les frênes ont eu une croissance en hauteurplus
forte que leschênes,
mais ces derniersont des ramifications latérales
beaucoup plus
nombreuses et densesqui
font que, autotal,
la biomasse foliaire des deuxespèces apparaît
trèscomparable globalement
auniveau d’une cuve. On remarque aussi que les cuves en
phase
de dessèchement ont moinspoussé
que les cuves bien arrosées. L’examen del’allongement
relatif des pousses en fonction dupotentiel
de base(fig. 6)
montre que chez les deuxespèces
La croissance enhauteur est arrêtée au-delà de - 11 bars.
En fin de saison
(fig. 5),
la diminution relative de croissance due à la sécheresse est trèscomparable
pour les deuxespèces,
mais il ne faut pas oublier que les cuves« sèches p de frêne ont reçu
beaucoup plus
d’eau que les cuvescorrespondantes
dechêne ; rappelons
en effet que laréhydratation
des cuves s’effectuaitquand
lepotentiel
de base
atteignait
oudépassait
- 19 bars. A ce niveau desécheresse,
la réalimentation étaitnécessaire,
car les feuilles de frêne montraient dessignes
nets de flétrissement.4. Discussion et conclusion
L’étude
entreprise
ici apermis
de caractérisercomparativement
le chênepédonculé
et le frêne. Des différences
importantes
de comportement ont été mises en évidence.Le frêne
peut
être considéré comme uneespèce
grosse consommatrice d’eau dans lamesure où elle ne contrôle que très tardivement sa
transpiration.
Ce comportementa pour
conséquence,
toutes choseségales
parailleurs,
d’amener cetteespèce
à desstress
hydriques
élevésbeaucoup plus rapidement
que le chêne. Dansl’hypothèse
d’une alimentation en eau
déficiente,
le frêne se trouve doncbeaucoup plus précoce-
ment en
position
difficile que le chêne.ALLongement
Cette
capacité transpiratoire
élevée du frêne a étéégalement
notée par BRAUN(1977), qui
trouve que cetteespèce
a unetranspiration plus
élevée que l’aulneglutineux
et les
grands
érables. KOZLOWSKI et al.(1974),
étudiant Acer .saccharum et Fraxinus americana, observent aussi unetranspiration plus
élevée du frêneaméricain ;
ils attribuent cettecapacité transpiratoire importante
à des stomatesplus grands,
maisbeaucoup
moinsnombreux. Les comptages effectués sur les deux
espèces
étudiées iciindiquent
pour Fraxinus t!xcelvior 175stomates/mm-,
et pourQ lI ercus pedullculata
500stomates/mm 2 ,
mais il ne semble pas y avoir de
grandes
différences en cequi
concerne la taille desstomates.
Le chêne
apparaît
comme uneespèce
mieuxadaptée
à des situations moins favo- risées sur leplan hydrique,
dans la mesure où elle contrôleprécocement
leséchanges transpiratoires.
Ce comportement permet à cette essence d’avoir uneamplitude
écolo-gique plus grande
que le frêne.Les résultats obtenus ici
(possibilité
de 2 ou 3 pousses successives selon le niveau d’alimentation eneau) indiquent cependant
que le facteurhydrique
est un élémentimportant
de laproductivité
de cette essence.Pour les deux
espèces,
l’arrêt de la croissance en hauteur seproduit
à un niveaude stress
hydrique
relativement faible : - 1bars,
si on le compare à d’autresespèces ;
A
USSENAC & FwKF!s-rerN
(19R2)
trouvent en effet -21 bars pour le cèdre de l’Atlas.Bien
qu’en
valeurabsolue,
la croissance en hauteur initiale du frêne soitsupérieure
à celle du
chêne,
ce dernier a lapossibilité
de pousser, si les conditions d’alimentation le permettent, de mi-mai àmi-septembre,
alors que le frêne a unepériode
de crois-sance en hauteur
plus
limitée, de mi-mai à finjuillet.
Au
plan sylvicole,
les résultats obtenus icipermettent
depréciser
les limites du frêne. Il.s’agit
d’uneespèce
dont l’utilisation nepeut
êtreenvisagée
que dans des situations àdisponibilités
en eauimportantes (présence
d’une nappephréatique
ou solprofond
oubas de
pente).
Dans les zones à bilanhydrique déficitaire,
l’avenir des arbres est compro- mis. Ces résultats recoupent les travaux de DEv AUCH ELLE & LEVY(1977), qui indiquent qu’en
Lorraine l’alimentation en eau est leprincipal
facteur limitant laproduction
du frêne. Notons aussiqu’en peuplement,
il estclassique
d’observer surplateaux
calcairesdes
régénérations importantes
de frênequi disparaissent rapidement.
Dans la miseen valeur des taillis et
taillis-sous-futaie,
il est certain que le frêne ne peut êtreenvisagé
que dans des situations bien
particulières.
Reçu
pourpublication
le 14 novernbre 1982.Summary
Influence of
soildrying
on theplant
wnter relations andgrowth
of pedunculate
ook(Quercus pedunculata Ehrl.)
and ash(Fraxinus
excelsiorL.)
We
compared experimentally
the plant-water relations ofpedunculate
oak and ash submitted todrying cycles
(no watersupply
wasbrought
until thepredawn potential
(PH) reached under - l9 bars in buried containers). The plants wererespectively
5 and 4 years old.The oak
transpiration
decreased a lot as soon as the soil dried slightly ; on the contrary, the ash transpiration clearly decreased only for soil water contents much less important.Indeed, for a similar
decreasing
of thexylem
waterpotential during
the day, the stomatal resistance increased faster for the oak than for the ash ; moreover, a considerable increasing of stomatal resistance occured when thisxylem
waterpotential
reached - 14 bars in the oak, but only - 30 bars in the Ash.Thus, the
decreasing
oE the P,; and the soil drying were much faster for the Ash then for the oak.The height growth was
stopped,
for bothspecies,
as soon as the Pn was lower than - 11 bars ; this value was reached much sooner for the ash on account of his importanttranspiration.
Thus, the oak is seen as a species better
adapted
than the Ash to forest sitespoorly supplied
in water ; so its ecological amplitude is much moreimportant.
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