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Grassland root system resistance and recovery to a summer extreme.

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

HAL Id: hal-02810888

https://hal.inrae.fr/hal-02810888

Submitted on 6 Jun 2020

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Grassland root system resistance and recovery to a summer extreme.

Marine Zwicke, Julie Laurent, Catherine Picon-Cochard

To cite this version:

Marine Zwicke, Julie Laurent, Catherine Picon-Cochard. Grassland root system resistance and recov- ery to a summer extreme.. Open Science Conference on Climate Extremes and Biogeochemical Cycles in the Terrestrial Biosphere: Impacts and Feedbacks Across Scales, Max-Planck-Institut. Jena, DEU., Mar 2013, Seefeld, Austria. 12 p. �hal-02810888�

(2)

Grassland root system resistance  and recovery to a summer extreme 

Zwicke M, Laurent J, Picon-Cochard C

INRA, Grassland Ecosystem Research, Clermont-Ferrand, Fr

(3)

.02

Introduction

Cut-

a

b ab b

a b

b b a

b b b

a

b b b b

b b a

Cut+

Annual production (g m -2 y -1 )

0 200 400 600 800 1000

1200 grasses

legumes forbs

2010 2011

2009

C CX WD WDX C CX WD WDX C CX WD WDX

2010 2009

C CX WD WDX C CX WD WDX

C CX WD WDX

2011

Zwicke et al

›  vulnerability of mesic grassland production in response to climate change  including more severe drought conditions

Confirmed in our field site experiment: lagged effects

Understand response of grassland root system during and 1 y after

(4)

.03

Grassland root system: a trade­off to  find under water deficit

Lichtenegger & Kutschera

SWC -

+ Root

density +

-

?

  Tolerance  of  dehydration:  increase  root lifespan

 Drought avoidance: ›  root growth  in wet soil layers

 Root system: key player for drought  resistance and recovery

TOLERANCE

AVOIDANCE

TOP

BOTTOM

(5)

.04

Aims

Study  root  system  dynamics  in  response  to  reduction  of  precipitation and warming including a summer extreme

Is  the  root  system  more  vulnerable  at  the  top  soil  layer  during the extreme?

Grassland root strategies of drought resistance?

(6)

.05

Altitude: 870 m Annual T: 8°C Annual P: 806 mm 

2 cutting frequencies No fertilisation

• Year 1 & 2: Simulation of present and future climate:

co-manipulation of precipitation () and min T ()

(Beier et al 2004)

• Year 1: Simulation of a summer heat-wave (Kimball 2005)

Field site

Resistance recovery

summer Autumn summer

(7)

.06

time

WinRhizoTRONMF

~ 3200 images

Minirhizotron

(BTC­2, Bartz Technology, CA, USA)

TOP (0­5cm)

BOTTOM (15­20cm)

Root growth

Root lifespan (Kaplan­Meier)

(8)

.07

C CX WD WDX

Cut+

Cut-

Root growth at the end of the  extreme

Cut+ Cut-

DOY 202

R oo t g ro w th r at e (m m c m

-2

d ay

-1

)

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

C CX WD WDX 0.4

0.8

1.2 1.6

2.0

TOP

BOTTOM

July

(9)

.08

Recovery

C CX WD WDX

Autumn: 3 months after

Cut- Cut+

0.4

0.8

1.2

Cut+ Cut-

DOY 201 R o o t g rw o th r a te ( m m c m

-2

d a y

-1

)

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0

C CX WD WDX

TOP

BOTTOM

July

1 year after

(10)

.09

Root vitality at the end of the extreme:

NIRS spectrum analysis

RMSE

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

Cut+

Wavelength (nm)

500 1000 1500 2000

Absorbance(Log1/R)

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

C CX W D W DX

Cut-

500 1000 1500 2000 2500

RMSE

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

RMSE

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

CN-CX WD-WDX

1month death: Picon-Cochard et al, 2009, PSoil

C-CX WD-WDX

1month death: Picon-Cochard et al, 2009, PSoil

Ł  Minirhizotron: ›  Root mortality in C

(11)

.010

Median root longevity after 2 years

›   Root  longevity  under  extreme: fl  root turn­over 

›   Root  longevity  at  bottom  vs top soil depth

Median root longevity (days)

200 300 400 500 600

C CX WD WDX

Cut+ Cut-

300

400

500

600 TOP

BOTTOM

a a

a

b

a

b b b

b

b b b

a a a a

Cut+ Cut-

TOP

BOTTOM

(12)

.011

Conclusions

At the end of the extreme: low resistance of root growth due to  above­ground senescence

Ø

No drought avoidance strategy

Fast recovery of root growth related to green canopy recovery

›   Root  longevity  under  extreme  drought:  high  tolerance  to  dehydration

Ø

›  carbohydrates: fructans increase stability of membranes

BUT lagged effect on ANPP observed 1 yr after

Ø

Possible N­limitation

(13)

.012

Climatic treatments

Co-manipulation of precipitation and minimum temperature (passive warming)

based on regionalized (9 x 9 km grid) climate model ‘Arpege4’ (Boé et al., 2006; Déqué, 2007; Déqué et al., 2007)

Present climatic conditions Future climatic

conditions: Night-time warming

Precipitation of 1969- 1999 reference period

Precipitation

reduction in Summer and Autumn of 2040- 2060 period

Automatic rainout shelters (Beier et al, 2004)

Extreme summer event: 2 weeks heat- wave

Day of year

Canopy surface temperature (C)

0 10 20 30 40

50 C, WD

CX WDX

190 193 196 199 202

IR heaters (Kimball, 2005)

+6°C no P

Canopy T°C

Références

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