Effects of a nursery CO2 enriched atmosphere on the germination and seedling morphology of two Mediterranean oaks with contrasting leaf habit

Abstract: The use of an enriched CO2 atmosphere in tree nurseries has been envisaged as a promising technique to increase productivity and to obtain seedlings with a higher root/shoot ratio, an essential trait to respond to water stress in Mediterranean-type ecosystems. In that framework, we have analyzed the effects of three levels of atmospheric CO2 concentration (350, 500 and 700 ppm) on the germination rate, growth and morphology of seedlings of two Mediterranean oaks used in reforestation programs: the evergreen Quercus ilex L. and the deciduous Quercus cerrioides Wilk. et Costa. CO2 enrichment increased the germination rate of Q. cerrioides (from 70±7 to 81±3 %) while it decreased that of Q. ilex (from 71±10 to 41±12 %). Seedlings of both species increased approximately 60% their total biomass in response to CO2 enrichment but at two different CO2 concentrations: 500 ppm for Q. cerrioides and 700 ppm for Q. ilex. This increase in seedlings biomass was entirely due to an augmentation of root biomass. Considering germination and biomass partitioning, an enriched CO2 atmosphere might not be appropriate for growing Mediterranean evergreen oaks, such as Q. ilex, since it reduces acorn germination and the only gains in root biomass occur at a high concentration (700 ppm). On the other hand, a moderate CO2 enrichment (500 ppm) appears as a promising nursery technique to stimulate the germination, growth and root/shoot ratio of deciduous oaks, such as Q. cerrioides. Resumen: El uso de una atmósfera enriquecida en CO2 durante la fase de vivero puede contribuir a aumentar la producción viverística, a la vez que ayudar a conseguir plántulas con una mayor relación biomasa subterránea/biomasa aérea, más adecuadas para hacer frente al severo estrés hídrico que generalmente limita el éxito de las repoblaciones en el clima Mediterráneo. En este estudio hemos analizado el efecto de tres niveles de abonado carbónico atmosférico (350, 500 y 750 ppm) en la germinación y morfología de plántulas de encina (Quercus ilex) y roble cerrioide (Quercus cerrioides). Una atmósfera enriquecida en CO2 incrementó la germinación de Q. cerrioides (de 70±7 a 81±3 %) mientras que disminuyó la de Q. ilex (de 71±10 a 41±12 %). Las plántulas de ambas especies incrementaron aproximadamente un 60% su biomasa en respuesta a una mayor concentración de CO2, aunque esta respuesta se produjo a diferentes dosis: 500 ppm en Q. cerrioides y 700 ppm en Q. ilex. El aumento en la biomasa total de las plántulas se debió enteramente a un mayor desarrollo de su sistema radical, Considerando tanto la germinación como los efectos sobre la relación biomasa subterránea/biomasa aérea, una atmósfera enriquecida en CO2 no parece ser un tratamiento adecuado para la producción en vivero de plántulas de Q.ilex, puesto que diminuye su germinación y solo aumenta su sistema radicular a dosis muy elevadas (700 ppm). Por el contrario, un aumento moderado en la concentración de CO2 (500 ppm) aparece como una técnica interesante para estimular el crecimiento y obtener plántulas de Q. cerrioides con un sistema radical más desarrollado.