Analysing resilience of European beech tree to recurrent extreme drought events through ring growth, wood anatomy and stable isotopes

International audience

إنجليزي. Recent extreme drought events in Central Europe have caused widespread forest dieback with detrimental effects on forest functioning and carbon and water balance. This impact has been notable on European beech ( Fagus sylvatica L.), particularly at the core of its distribution, causing concern among forest stakeholders and questions about the resilience capacity of beech trees. The objective of this study is to investigate the physiological processes linked to water and carbon constraints involved in the resilience of beech cambial growth to drought. We selected 56 beech trees distributed in four plots in north‐eastern France with different soil water deficits characterized retrospectively by a water balance model. Functional traits including tree ring width, wood anatomical traits and stable isotopes (e.g. δ 13 C and δ 18 O) were measured to retrospectively assess the effect of recent recurrent drought in 2015, 2018–2020, and 2022. Decreased tree growth and increased δ 18 O and intrinsic water use efficiency (iWUE) were observed due to soil water shortage, whereas xylem vessel size and theoretical specific xylem hydraulic conductivity ( K th ) did not show obvious changes. Vessel density was negatively correlated with annual ring width index and was highly sensitive to drought. δ 13 C, δ 18 O and iWUE were not significantly related to tree ring width index. The plot that experienced the most severe drought intensity in 2018–2020 showed a significant decrease in tree growth resistance and resilience compared to its resistance and resilience during the 2015 drought event. Surprisingly, growth resilience was not associated with tree anatomical and isotopic traits. Synthesis . Our results demonstrate that beech xylem structure responds to drought by adjusting the radial growth of tree rings with a relatively stable vessel diameter. Our study also highlights the impact of consecutive or recurrent drought in reducing beech tree resistance and resilience, particularly at sites with higher drought intensity. Tree resilience does not seem to involve changes in traits that would promote the hydraulic functioning to better cope with future soil water shortages.

فرنسي. Résumé Les récents épisodes de sécheresse extrême en Europe centrale ont provoqué un dépérissement important des forêts, impliquant potentiellement des dysfonctionnements carbonés et hydrauliques des arbres. Cet impact a été notable sur le hêtre européen ( Fagus sylvatica L.), en particulier au cœur de son aire de répartition. Ce constat a suscité l'inquiétude des forestiers et pose des questions sur la capacité de résilience des hêtres. L'objectif de cette étude est d'étudier les processus physiologiques liés aux contraintes d'eau et de carbone impliqués dans la résilience de la croissance cambiale du hêtre à la sécheresse. Nous avons sélectionné 56 hêtres répartis sur quatre parcelles dans le nord‐est de la France avec différents déficits hydriques du sol caractérisés rétrospectivement par modélisation de bilan hydrique. La largeur des cernes, les traits anatomiques du bois et les isotopes stables du bois (δ 13 C et δ 18 O) ont été mesurés comme traits fonctionnels, pour évaluer rétrospectivement l'effet des récentes sécheresses récurrentes de 2015, 2018–2020 et 2022. Comme attendu, une diminution de la croissance radiale des arbres et une augmentation du δ 18 O et de l'efficience intrinsèque de l'utilization de l'eau (iWUE) ont été observées en lien avec le déficit hydrique dans le sol. La taille des vaisseaux du xylème et la conductivité hydraulique spécifique théorique du xylème (Kth) n'ont en revanche pas été modifiés. La densité des vaisseaux était corrélée négativement avec l'indice de largeur des cernes annuels et était très sensible au déficit hydrique du sol. Les valeurs de δ 13 C, le δ 18 O et l'iWUE n'étaient pas significativement liés à l'indice de largeur des cernes. La parcelle la plus sèche en 2018–2020 a montré une diminution significative de la résistance et de la résilience de la croissance des arbres par rapport à la sécheresse de 2015. De manière surprenante, la résilience de la croissance est indépendante des caractéristiques anatomiques et isotopiques des arbres. Synthèse . Nos résultats démontrent que la structure du xylème du hêtre réagit à la sécheresse en réduisant la croissance radiale des cernes, mais en conservant un diamètre de vaisseau relativement stable. Notre étude met également en évidence l'impact de sécheresses récurrentes dans la réduction de la résistance et de la résilience des hêtres, en particulier dans les sites où l'intensité de la sécheresse est plus élevée. La résilience des arbres ne semble pas dépendre de caractéristiques qui favoriseraient leur fonctionnement hydraulique pour mieux faire face aux futures pénuries d'eau du sol. Ce résultat orienterait vers l'hypothèse d'une limitation carbonée de la reprise de croissance post sécheresse des arbres.