Training system and its influence on iso-anisohydric behavior of cv. Syrah

Abstract

Water use efficiency is one of the most valued objectives in vine growing in Mediterranean climates (De la Fuente et al., 2015). Due to this, the grape growers provide different adaptation strategies according to their efficient consumption against the presumable water deficit generated under these environmental conditions. The use of non-positioned shoot systems (like sprawl, bush, etc.) can help to achieve this objective.

One of the most common adaptation strategies to face environmental extreme conditions or low water availability (high ETo, increasing vapour pressure deficit, etc.). is the stomata closure. Traditionally, this behaviour has been explained by a genetic or varietal factor. In Vitis vinifera, the varieties have long been differed in isohydric or anisohydric, according to its physiological response opposite to water deficit or even hydric stress (Schultz 2003; Soar et al. 2006).

Nevertheless, some varieties have shown different behaviours according to environmental conditions. For this reason, this varietal classification is nowadays brought into question (Hugalde and Vila, 2014, Levin et al., 2020). Syrah cv. assumes a stomatal opening regulation under high potentials but responds with stomatal closure or regulation at low potentials, depending on the evapotranspiration demand, causing a physiological behavior typically called anisohydric (Soar et al. 2006). Grenache (Schultz 2003) closes stomata even under high water potentials, which allows them to regulate their water use, anticipating hydric stress situations. This behavior is usually called isohydric. The present study reveals that this mentioned behavior can also be affected or regulated by the training-trellising system.

Water use, vine physiology (net photosynthesis, stomata conductance), vine hydric relations (leaf water potential) and soil (soil matric potential, soil water content) have been tracked during the growing season, on three different systems: sprawl with 12 shoots•m-1 of row (S1); sprawl with 18 shoots•m-1 of row (S2) and vertical positioned system or VSP with 12 shoots•m-1 of row (VSP1).

Results on water use show that VSP1 used less available water (0.5-1.8% vol.) than non-positioned and free systems (S1 and S2), between budburst and flowering/setting, in the top 50 cm of soil profile. Leaf water potential reflected higher water stress in the S1 and S2 systems compared to VSP1, between veraison and harvest. Besides, stomatal conductance (gs) measured at noon was as also higher in VSP1 than S1 and S2 systems anytime along the cycle. However, water use efficiency (WUE) and intrinsic efficiency (A/gs) were +20% and +25% respectively higher in S1 and S2 treatments compared to VSP1.

Concluding, although S1 and S2 cause greater water use and stress at the beginning of the cycle (from flowering to veraison, mainly), they show a faster response regarding stomata closure, which makes these systems more efficient (less leaf transpiration, higher photosynthetic rate, better intrinsic and water use efficiency) than the trellis (VSP), differences that could resemble isohydric and anisohydric behavior respectively. All these results confirmed that when the DPV was high and the photosynthetic balance was negative, the vine closed its stomata to avoid dehydration due to the transpiration rate and so reducing meantime its water consumption (Cuevas et al., 2006), but even within the same cultivar, we can find both behaviors depending on training system, total leaf exposed area, crop load and of course, water availability use.

Système de conduite et son influence sur le comportement iso-hydrique et aniso-hydrique de cv. Syrah

L’efficience de l’utilisation de l’eau en tant que ressource naturelle est l’un des objectifs les plus recherchés en viticulture, et bien évidement, sous les climats chauds méditerranéens (de la fuente et al. 2015). C’est pourquoi, des vignerons disposent de différentes stratégies d’adaptation aux conditions du milieu et pour sa consommation efficace face au déficit hydrique probable, généré dans ces conditions environnementales. L’utilisation des systèmes libres et non positionnés (comme le sprawl, le gobelet, etc.) Peut contribuer à atteindre cet objectif. Parmi ces stratégies, la fermeture stomatique constitue la plus commune des adaptations possibles face à des conditions atmosphériques extrêmes ou à une faible disponibilité en eau (eto élevée, déficit accru de pression de vapeur, etc.). Traditionnellement, ce comportement a été expliqué par des facteurs génétiques ou variétaux. Les variétés de vitis vinifera, sont d’habitude classées comme isohydrique ou anisohydrique, selon leur réponse physiologique face au déficit hydrique (schultz 2003; soar et al. 2006). Cependant, certaines variétés ont manifesté des comportements différents selon les conditions environnementales, climatiques et édaphiques. Par cela, cette classification variétale est aujourd’hui remise en question (hugalde et vila, 2014 ; levin et al., 2020). La variété syrah présente une régulation stomatique liée à des potentiels hauts, mais répond par une fermeture ou une régulation stomatique aux potentiels faibles, qui est dépendent de la demande évapotranspiratoire, dont le comportement est dénommé typiquement « anisohydrique » (soar et al. 2006). Grenache (schultz 2003) ferme ses stomates proches à haut potentiel, ce qui leur permet de mieux réguler la consommation d’eau, anticipant ainsi les situations de stress hydrique, il s’agit des variétés appelées « isohydrique ». L’étude présente met en évidence que ce comportement peut être également régi par le système de conduite. La consommation d’eau, la physiologie de la plante (photosynthèse nette, conductance stomatique), les dynamiques et les relations hydriques de la plante (potentiel hydrique foliaire) et du sol (tension matricielle, capacitance et capacité du sol) ont été étudiées dans trois différents systèmes de conduite : un système libre ou non palissé avec 12 (pampres) rameaux par m. (s1) ; un système libre ou non palissé avec 18 pampres par m. (s2) et un système vertical palissé avec 12 pampres par m. (vsp1). En ce qui concerne la consommation de l’eau, des valeurs ont montré que le système vertical (vsp1) consommait moins d’eau totale disponible (0,5-1,5% vol.) Par rapport aux systèmes non positionnés (s1 et s2), entre bourgeonnement et floraison, principalement dans les premiers 50 cm dans le profil du sol. Les valeurs des potentiels hydriques foliaires reflètent une situation de stress hydrique plus importante dans les systèmes s1 et s2 par rapport au vsp1, pendant la période entre véraison et maturité. Par ailleurs, des valeurs d’ouverture stomatique (gs) mesurées à midi solaire reflétaient que vsp1 avait des valeurs plus élevées à n’importe quel moment du cycle par rapport à s1 et s2. Cependant, l’efficacité d’utilisation de l’eau (wue) et l’efficacité intrinsèque (a/g) étaient plus élevées (jusqu’à +20 % ou +25 % respectivement) dans les systèmes s1 et s2 par rapport au vsp1. En conclusion, bien que les traitements s1 et s2 entraînent une plus grande consommation d’eau et d’un grand stress sur la plante au début du cycle (des floraison jusqu’à la véraison principalement), ils montrent une réponse plus rapide de fermeture stomatique (selon des conditions climatiques l’exigent), ce qui rend ces systèmes plus efficaces (moins de transpiration, taux de photosynthèse plus élevé, meilleure efficacité intrinsèque et d’utilisation de l’eau) que l’espalier (vsp), différences qui pourraient être similaires respectivement au comportement anisohydrique et isohydrique. Ces résultats confirment que lorsque le dpv était élevé, le bilan photosynthétique était négatif et que la plante fermait ses stomates pour éviter sa déshydratation liée à sa transpiration et ainsi réduire entretemps la consommation d’eau (cuevas et al., 2006), mais même dans la même variété, on peut retrouver ces deux comportements en fonction du système de conduction, de la surface totale des feuilles exposées, des bourgeons et, bien sûr, de l’utilisation de l’eau disponible.

Sistema de conducción y su influencia sobre el comportamiento isohídrico o anisohídrico del cv. Syrah

La eficiencia en el uso del agua como recurso natural es uno de los objetivos más perseguidos en el cultivo de la vid en climas cálidos mediterráneos (de la fuente et al., 2015). Debido a ello, los viticultores emplean diferentes estrategias de adaptación a las condiciones del medio y su consumo eficiente frente al presumible déficit hídrico generado en estas condiciones ambientales. El uso de sistemas libres y no posicionados (como el sprawl, el vaso, etc.) Pueden ayudar a lograr este objetivo. Una de las estrategias de adaptación de la planta más comunes frente a unas condiciones ambientales extremas o de baja disponibilidad hídrica (eto alta, aumento del déficit de presión de vapor, etc.) Es el cierre estomático. Tradicionalmente, este comportamiento ha sido explicado por un factor genético o varietal. En vitis vinifera se han distinguido variedades isohídricas y anisohídricas según fuese su respuesta fisiológica frente al déficit o incluso, al estrés hídrico (schultz 2003; soar et al. 2006). Sin embargo, algunas variedades han mostrado comportamientos distintos según diferentes condiciones ambientales. Por esto, esta clasificación varietal está hoy en día en entredicho (hugalde y vila, 2014; levin et al., 2020). La variedad syrah mantiene una apertura estomática con altos potenciales, pero responde con un cierre o regulación estomática a bajos potenciales, dependiendo de la situación de demanda evapotranspirativa, provocando un comportamiento fisiológico denominado comúnmente anisohídrico (soar et al. 2006). Garnacha; (schultz 2003), cierra estomas incluso con potenciales altos, lo que le permite regular más el consumo de agua, anticipándose así a situaciones de estrés hídrico. Este comportamiento es comúnmente denominado isohídrico. El presente estudio pone de manifiesto que dicho comportamiento se puede también ver afectado o regulado por el sistema de conducción. El consumo del agua, la fisiología de la vid (fotosíntesis neta, conductancia estomática), las dinámicas y relaciones hídricas en planta (potencial hídrico foliar) y suelo (tensión matricial de suelo, capacidad y contenido hídrico) han sido estudiadas en tres sistemas diferentes: sistema libre o no posicionado tipo sprawl con 12 pámpanos por m. (s1) ó con 18 pámpanos por m. (s2), frente a un sistema vertical posicionado con 12 pámpanos por m. (vsp1). Los resultados del consumo del agua reflejaron que el sistema vertical (vsp1) consumió menos agua total disponible (0.5-1.5% vol.) Que los sistemas no posicionados (s1 y s2, entre brotación y floración-cuajado, principalmente en los primeros 50 cm del perfil del suelo. Los valores de potenciales hídricos foliares reflejaron una situación mayor de estrés hídrico en los sistemas s1 y s2 frente a vsp1 en el periodo entre envero y maduración. En paralelo, los valores de apertura estomática (gs) medida al mediodía solar reflejaron que el vsp1 tenía valores más altos en cualquier momento del ciclo, que s1 y s2. Sin embargo, la eficiencia en el uso del agua (wue) y la eficiencia intrínseca (a/gs) fue mayor (hasta un +20% o +25% respectivamente) en los sistemas s1 y s2 frente al vsp1.  En conclusión, aunque los tratamientos s1 y s2 provocan un mayor consumo de agua y stress a la planta al inicio del ciclo (desde la floración hasta el envero principalmente), muestran una respuesta más rápida de cierre estomático (cuando las condiciones climáticas lo exigen), que hace que estos sistemas sean más eficientes (menor transpiración, mayor tasa fotosintética, mejor eficiencia intrínseca y del uso del agua) que la espaldera (vsp), diferencias que podrían asemejarse a un comportamiento aniso hídrico e isohídrico respectivamente. Todos estos resultados, refrendaron que cuando la dpv era alta y el balance fotosintético negativo, la planta cierra estomas para evitar la deshidratación por transpiración y reducir el consumo de agua (cuevas et al., 2006), pero incluso dentro de la misma variedad, podemos encontrar ambos comportamientos.