An examination of the interaction between climate, soil and leaf area index in a Quercus ilex ecosystem

In Mediterranean-type ecosystems, water availability is one of the most significant variables that regulates whole plant leaf area. An equilibrium should exist between climate, soil and leaf area in such water-limited conditions. The aim of this study was to identify the relations between leaf area index (LAI), environment (climate, soil) and fluxes (water, carbon) in Mediterranean evergreen oak (Quercus ilex L.) ecosystems. To achieve this objective, 50-years simulations were performed using the FOREST-BGC model by varying LAI for a reference site and for different climates and soil water holding capacities (SWC). Transpiration, drought stress, net photosynthesis and canopy water use efficiency (WUE) were examined on a yearly basis for the last ten years of the simulation. Similar to other findings, our results show that LAI depends on site water availability, including both climate (precipitation, potential evapotranspiration) and soil factors (e.g. water storage capacity). Low SWC limit the development of the ecosystem. On high SWC soils, development is mainly limited by the climate. When LAI increases under constant SWC and climate conditions, the decrease in annual transpiration per unit of LAI is accompanied by an increase in drought stress. Equilibrium LAI maximizes carbon assimilation. For the reference site, the equilibrium LAI is close to the observed value, 3.25. The corresponding transpiration, assimilation and WUE are 375 mm, 1251 g C m -2 and 3.1 mmol CO 2 mol -1 H 2 O, respectively. For the different sites, there is an hyperbolic decline of WUE with increasing SWC. This implies that production efficiency per unit leaf area is higher in most water-limited environments. Our study shows that a model such as FOREST-BGC allows inter-relations between water balance, carbon balance and drought stress to be taken into account to better understand ecosystem LAI. leaf area index / hydrological equilibrium / water availability / climate / soil factor / Mediterranean-type ecosystem / Quercus ilex L. / evergreen oak Rsum -Interactions entre climat, sol et surface foliaire dans un cosystme Quercus ilex. Dans les cosystmes mditerranens, la disponibilit en eau est une des variables les plus significatives qui rgulent la surface foliaire. Un quilibre doit exister entre le climat, le sol et la surface foliaire dans ces conditions de limitation en eau. L'objectif de cette tude est d'identifier les relations entre l'indice foliaire (LAI), l'environnement (climat, sol) et les flux (eau, carbone) pour les cosystmes chne sempervirent mditerranen Quercus ilex L. Pour cela, des simulations de 50 ans ont t effectues avec le modle FOREST-BGC en faisant varier le LAI pour un site de rfrence et pour diffrents climats et capacits en eau du sol (SWC). La transpiration, la contrainte hydrique, la photosynthse nette et l'efficacit d'utilisation de l'eau de la canope (WUE) ont t examines au niveau annuel pour les dix dernires annes de la simulation. Le LAI dpend de la disponibilit en eau du site qui inclue des facteurs climatiques (prcipitation, vapotranspiration potentielle) et du sol (capacit du sol stocker l'eau). Des faibles SWC limitent le dveloppement de l'cosystme. fort SWC, ce dveloppement est principalement contrl par le climat. Quand LAI augmente sous climat et SWC constants, la diminution de la transpiration unitaire est accompagne d'une augmentation de la contrainte hydrique. Le LAI d'quilibre maximise l'assimilation du carbone. Pour le site de rfrence, le LAI d'quilibre est proche de la valeur observe, 3,25. Les transpiration, assimilation et WUE correspondantes sont de 375 mm, 1251 g C m -2 et 3,1 mmol CO 2 mol -1 H 2 O, respectivement. Aux diffrents sites, WUE dcrot de manire hyperbolique avec l'augmentation de SWC. Ceci implique que l'efficacit de production par unit d'indice foliaire est plus importante dans les environnements les plus limits en eau. Notre tude montre qu'un modle comme FOREST-BGC permet de prendre en compte les interrelations entre les bilans en eau et en carbone et la contrainte hydrique pour mieux comprendre la signification du LAI d'un cosystme. indice foliaire / quilibre hydrologique / disponibilit en eau / climat / proprits du sol / cosystme mditerranen / Quercus ilex L. / chne sempervirent