Responses of hardwood regeneration to fire in mesic forest openings. II. Leaf gas exchange, nitrogen concentration, and water status

The physiological responses of tree regeneration to fire were studied in openings in a mesic hardwood forest.Gas exchange, nitrogen concentration, and water potential were monitored on foliage of burned and nonburned regeneration of northern red oak (Quercus rubra L.), white ash (Fraxinus americana L.), and sugar maple (Acer saccharum Marsh.)following spring fires in 1989 and 1990.Fire led to a stimulation of light-saturated photosynthesis in foliage of resprouting plants, but the effect varied in magnitude among species.On average, photosynthesis of post-fire maple was 42% higher than that on nonburned plots, with corresponding increases occurring in stomatal conductance and leaf N concentration.In general, fire had a marginal effect on leaf properties of oak and ash.In 1990, the ratio of root area to leaf area and the water potential of sunlit foliage were significantly higher on burned than nonburned plots for maple, but not for oak or ash, paralleling trends in photosynthesis.There was little evidence of a treatment difference in soil moisture or nitrogen availability, and it appeared that fire-induced stimulations in photosynthesis were mediated primarily by changes in intrinsic (e.g., root area/leaf area ratio) as opposed to extrinsic (e.g., soil moisture) factors governing resource availability to the canopy of post-fire sprouts.Résumé : Les réactions physiologiques au passage du feu de la régénération forestière installée dans des trouées d'une forêt de feuillus mésique ont été étudiées.À la suite de brûlages printaniers réalisés en 1989 et 1990, on a mesuré les échanges gazeux, la concentration en azote foliaire ainsi que le potentiel hydrique de la régénération de chêne rouge (Quercus rubra L.), de frêne d'Amérique (Fraxinus americana L.) et d'érable à sucre (Acer saccharum Marsh.)dans des parcelles brûlées et non brûlées.Le feu a entraîné une stimulation de la photosynthèse en condition de lumière saturée dans le feuillage des rejets de feuillus mais les effets variaient en importance selon les espèces.En moyenne, la photosynthèse de l'érable était de 42% plus élevée dans les parcelles brûlées que dans les parcelles non brûlées, accompagnée d'une augmentation correspondante de la conductivité stomatique et de la concentration en N foliaire.En général, le feu a exercé un effet marginal sur les propriétés foliaires du chêne et du frêne.En 1990, le rapport de la surface racinaire sur la surface foliaire et le potentiel hydrique des feuilles exposées à la lumière étaient significativement plus élevés dans les parcelles brûlées que dans les parcelles non brûlées pour l'érable mais non pour le chêne ou le frêne, imitant de la sorte les tendances observées à l'égard de la photosynthèse.Il n'est pas évident qu'il existe une différence entre les traitements au sujet de la disponibilité de l'azote ou de l'humidité du sol.Il semble que la stimulation de la photosynthèse induite par le feu provienne de changements dans les facteurs intrinsèques (p.ex.le rapport surface racinaire sur surface foliaire), par opposition aux facteurs extrinsèques (p.ex.humidité du sol), régissant la disponibilité des ressources dans le couvert des rejets qui émergent après feu.