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.

Seedling development and biomass as affected by seed size and morphology in durum wheat

This work evaluated the effect of seed size and morphology on the development and biomass of durum wheat seedlings. Three different seed-grading sizes selected by sieving were used in glasshouse experiments, and a set of three developmental and 23 biomass-related indices were measured on eight genotypes, at two moisture levels. The influence of seed size on seedling development was studied at high and low temperatures (22\12 mC, and 15\5 mC day\night temperatures, respectively), in growth chambers. The area of the seed and the area of the embryo were the seed morphological traits most affected by seed size. Seed size was strongly associated with seedling development and seedling biomass until the complete extension of the first two leaves, at the fourth leaf stage. The rate of first-leaf growth and the area of the first leaf were the developmental and biomass traits, respectively, most sensitive to seed-grading size.

Agronomic and commercial performance of four Spanish carob cultivars

The carob tree (Ceratonia siliqua) shows interesting prospects for some coastal Mediterranean growing areas and is widely used for industrial, agricultural, and ornamental purposes. It can be an alternative crop adapted to part-time farming and can also be used to regenerate vegetation in areas with a mild climate and erosion problems. Four Spanish carob cultivars were examined (Banya de Cabra, Duraio, Matalafera, and Rojal) to determine the one that performed the best for planting new orchards in northeastern Spain (Catalonia). The trees in this rain-fed trial (average rainfall of 500 mm) were planted in 1986 using seedling rootstocks that were budded in 1987. The trees were trained using the free-vase system and were spaced 8 x 9 m (138 trees/ha including 12% pollinators). The results showed that ‘Rojal’ was the earliest bearing cultivar. However, no significant differences were observed for cumulative pod production 18 years after budding. With respect to cumulative seed yield, ‘Duraio’ had the highest production (95 kg/tree). The lowest tree vigor (trunk cross-section) was observed in ‘Matalafera’. ‘Rojal’ trees produced the largest pods (average fruit weight of 18.9 g) and lowest seed content (11.8%), while ‘Banya de Cabra’ and ‘Duraio’ produced the smallest fruit (weighing 15.3 and 16.2 g, respectively) with the highest seed content (15.2% and 17.3%, respectively). Gum content, expressed as a percentage of the dry weight, was highest in ‘Duraio’ (56.9%) and was lowest in ‘Rojal’ (54.1%). Thus, in terms of kernel and pod production, ‘Duraio’ appeared to be the best-performing female cultivar for planting new carob orchards

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Interaccions arbre-arbust al límit superior del bosc i efectes de gradients bioclimàtics en la vegetació

Durant el periode d’elaboració d’aquesta tesi hem aprofundit en el coneixement dels factors que controlen les dinàmiques espacio-temporals del límit superior del bosc. Aquest ecotò se situa entre el límit superior del bosc i els prats alpins i és susceptible a canvis ambientals, fet que provoca que fluctuï altitudinalment i latitudinalment en funció d’aquests canvis. Els motius d’aquesta dinàmica s’ha estudiat sovint des d’un punt de vista climàtic, però mai fins ara s’havia estudiat des d’un punt de vista de les interaccions entre organismes. Per aquest fet hem estat evaluant l’efecte de les interaccions planta-planta en la regulació de la dinàmica supraforestal. L’estudi l’hem emmarcat en un context alpí (als Pirineus Catalans) i en un context subàrtic (Lapònia, Suècia), fet que ens ha permès fer un estudi comparatiu en dos ecotons contrastats però homòlegs ecològicament. Hem desenvolupat una sèrie d’experiments considerant diversos factors (augment de temperatura, quantitat de nutrients, presència d’arbust, posició en l’ecotò); en les dues zones d’estudi hem fet una plantació de plançons dels arbres formadors del límit del bosc en les diverses situacions derivades de la combinació d’aquests factors, i hem fet el seguiment fenològic dels plançons durant tres periodes de creixement. Els resultats dels experiments ens han permès veure que les interaccions entre organismes tenen una gran importància en la regulació de la dinàmica supraforestal, tant als Pirineus com a Lapònia. Les interaccions planta-planta i planta-herbívors determinen el reclutament de plançons i per tant l’estructuració de les comunitats supraforestals. Per altra banda, la posició en l’ecotò evidencia la presència d’un gradient bioclimàtic; les manipulacions ambientals de temperatura i nutrients originen una resposta generalment positiva en el desenvolupament dels plançons, indicant que canvis en aquestes variables pot suposar alteracions notables de l’estructura forestal del límit del bosc. Per altra banda en aquest projecte també hem aprofundit en temes relacionats amb l'efecte dels gradients altitudinals en la distribució de plantes vasculars als Pirineus Catalans.

Evaluación de efectos de varios tipos de biochar en suelo y planta

El objetivo de este proyecto ha sido analizar los posibles efectos del biochar obtenido de restos de biomasa de resinosas, de caducifolios y de un lodo de depuradora por tres procedimientos de pirolisis (lenta, rápida y gasificación), sobre un suelo (Haploxerept típico) y una planta de interés agrícola (Hordeum vulgare). Adicionalmente, se han comparado los efectos del biochar con los producidos por la aplicación de los materiales originales, y la interacción del biochar sobre el fertilizante mineral incorporado al suelo. Por último, se ha completado el trabajo con la observación de la influencia del biochar en la formación de micorrizas. Para llevar a cabo este estudio se ha realizado un ensayo en invernadero y diferentes análisis en laboratorio que han permitido el estudio comparativo de la germinación y crecimiento de la cebada, y de diferentes parámetros fisicoquímicos del suelo que podrían explicar la respuesta de las plantas crecidas sobre los distintos tipos de biochar. A partir de la interpretación de los resultados se ha determinado que los diferentes tipos de biochar han provocado un mayor desarrollo de la cebada en comparación con la aplicación de sus respectivas materias primas, o bien se ha observado la desaparición de efectos inhibidores como en el caso de los lodos de depuradora. Por otro lado, ha destacado el biochar obtenido por pirólisis lenta del resto de los biochars puesto que se ha observado menor mineralización de su materia orgánica de los suelos y mayor eficiencia en el desarrollo de las plantas. Por último, el efecto de la enmienda orgánica en forma de biochar sobre el desarrollo de las plantas ha sido menor que el efecto provocado directamente por la fertilización mineral.

Influence of emergence timing of weeds on the establishment of woody natives and ground cover species

Les invasions biològiques són produïdes per espècies transportades per l'home fora de la regió d'origen a altres regions on s'estableixen i expandeixen. Són actualment de les majors causes de perduda de biodiversitat, amb el canvi d'usos del sòl, tret rellevant en zones insulars. Comprendre mecanismes de competència amb les espècies autòctones és clau per gestionar el problema. L’experiment evidencia diferències de creixement de 7 plantes natives australianes (3 espècies d’eucaliptus, 3 espècies d’acàcia, 1 pasturatge natiu), competint intraespecífica (entre mateixa espècie) i interespecíficament (acàcies o eucaliptus convivint amb pasturatge natiu) plantejant tres tractaments (sense males herbes, males herbes i males herbes a posteriori) per definir la naturalesa de la interacció dels diferents tipus funcionals d'espècies. S’analitzen tendències temporals de creixement de plàntules, així com la supervivència. S’ha detectat una moderada correlació entre taxes de creixement d’espècies i mida de la llavor, (p ≈ 0.6), així com una correlació entre la supervivència i la humitat del sòl (p ≈ 0.5); efectes estacionals. A curt termini i en escenari de primavera la convivència amb males herbes reporta creixement nul. Tractaments sense males herbes, presenten major supervivència en escenaris en competència interespecífica. A llarg termini les espècies amb major supervivència són les que conviuen amb pasturatge natiu i sense males herbes, indicant un efecte beneficiós en espècies millor adaptades a la sequera (E. loxophleba).

Quantitative developmental response to the length of exposure to long photoperiod in wheat and barley

The present study was designed to analyse the effect of the length of exposure to a long photoperiod imposed c. 3 weeks after sowing in spring wheat (cv. UQ189) and barley (cv. Arapiles) to (i) establish whether the response to the number of cycles of exposure is quantitative or qualitative, (ii) determine the existence of a commitment to particular stages well before the stage has been observable, and (iii) study the interrelationships between the effects on final leaf number and phyllochron when the stimulus is provided several days after seedling emergence. Both wheat and barley seemed to respond quantitatively to the number of long-day cycles they were exposed to. However, wheat showed a requirement of approximately 4 long-day cycles to be able to produce a significant response in time to heading. The barley cultivar used in the study was responsive to the minimum length of exposure. The response to extended photoperiod cycles during the stem elongation phase was due to the ‘ memory’ photoperiod effects being related, in the case of wheat, to the fact that the pre-terminal spikelet appearance phase saturated its photoperiod response well before that stage was reached. Therefore, the commitment to the terminal spikelet appearance in wheat may be reached well before this stage could be recognized. As the response in duration to heading exceeded that of the final leaf number, and the stem elongation phase responded to memory effects of photoperiod, the phyllochron of both cereals was responsive to the treatments accelerating the average phyllochron when exposed to longer periods of long days. The response in average phyllochron was due to a switch from bi-linear to linear models of leaf number v. time when the conditions were increasingly inductive, with the phyllochron of the initial (6–8) leaves being similar for all treatments (within each species), and from then on increased.

Barley development as affected by rate of change of photoperiod

The rate of leaf appearance of barley varies substantially with time of sowing. This variation has been related to both the length and the rate of change of photoperiod at the time of plant emergence. An outdoor pot experiment was conducted to test if rate of change of photoperiod directly affects phasic development and rate of leaf emergence of spring barley. Two photoperiod-sensitive cultivars (Bandulla and Galleon) were subjected to five photoperiod regimes: two constant photoperiods, of 14 and 15·5 h, and three different rates of change of photoperiod of c. 2, 9 and 13 min/day from seedling emergence to awn initiation. Photoperiod treatments significantly affected the duration from seedling emergence to awn initiation in both cultivars. Rate of change of photoperiod did not affect the rate of development towards awn initiation independently of the absolute daylength it produced. Although Bandulla had a longer duration than Galleon at any photoperiod regime, the cultivars did not vary in their sensitivity to photoperiod. When this phase was divided into the leaf initiation (LI) and spikelet initiation (SI) phases, it was evident that the sensitivity to photoperiod was not constant, being in general higher during the SI than during the LI phase. However, the magnitude of the change in sensitivity was cultivar-dependent, indicating that sensitivity to photoperiod during the different phases could be under independent genetic control. Final numbers of primordia (leaves together with maximum spikelet number) were negatively affected by increasing photoperiods, but once again, there was no evidence of any effect of the rate of change of photoperiod which was independent of the average photoperiod. Both cultivars showed similar sensitivities for final leaf number but maximum spikelet number was more sensitive to photoperiod in Galleon than in Bandulla. Highly significant linear relationships between leaf number and thermal time were found for all combinations of cultivars and photoperiod regimes (r2 > 0·98). The rate of leaf appearance (RLA) was similar for both cultivars (c. 0·0185 leaves/°Cd) and did not alter during plant development or in response to the change in photoperiod at awn initiation. The range in RLA was greater for Galleon (0·0170–0·0205 leaves/°Cd) than for Bandulla (0·0173–0·0186 leaves/°Cd). Neither of these cultivars exhibited a significant relationship between rate of leaf emergence and photoperiod or rate of change of photoperiod. The lack of significant relationships between RLA and length or rate of change of photoperiod is in contrast with previous reports using time of sowing as a main treatment.

Cultivation of black truffle to promote reforestation and land-use stability

Cultivation of black truffle, Tuber melanosporum Vitt., has become an important agricultural alternative in rural Mediterranean regions due to its success in relatively harsh conditions, its high market value and diminishing production in natural areas. In addition, truffle cultivation requires relatively low agricultural inputs, promotes reforestation and economic restoration of rural lands and land-use stability. However, there remain major issues regarding the management practices to ensure successful black truffle production. We therefore conducted an experiment to evaluate 3 levels of irrigation based on monthly water deficit and the effects of currently applied weed control systems and fertilization. Treatment effects were evaluated by examining the mycorrhizal status of out-planted 1-yr-old Quercus ilex L. seedlings and seedling growth parameters after 18 months in 3 distinct experimental truffle plantations located in the foothills of the Spanish Pyrenees. We found that replacing one-half of the water deficit of the driest month (moderate irrigation) promoted the proliferation of T. melanosporum mycorrhizae, while high irrigation reduced fine root production and truffle mycorrhizae. Glyphosate weed control improved seedling survival by up to 16% over control seedlings without jeopardizing truffle mycorrhizae in the first year. Fertilization did not improve seedling growth or influence its mycorrhizal status. We describe the persistent relationship between this ectomycorrhizal fungus and Q. ilex by quantifying old and new mycorrhizae and we discuss the ecological implications of the symbiosis.

La calidad de las repoblaciones forestales: una aproximación desde la selvicultura y la ecofisiología

El proceso de repoblación forestal es bastante complejo, ya que implica numerosos factores, cada uno de los cuales debe ser comprendido de forma individual, y conocidas sus relaciones con otros factores con los cuales interactúa. La forma de evaluar de manera integral el resultado de estos factores es mediante el control de calidad. La respuesta de la planta en una estación particular va a depender de la capacidad de respuesta a unas condiciones ambientales limitantes, y de la forma en como esas condiciones limitan su supervivencia y crecimiento, o bien pueden ser modificadas para mejorar su arraigo. Las actividades culturales propias de las repoblaciones (ej. proceimiento de preparación, control de la vegetación, cuidados culturales, etc.) van a influir de manera directa en el éxito de la misma. La adecuada ejecución y el control de las mismas van a permitir mejorar el éxito de las repoblaciones, pero también ayudan a identificar las causas de las perdidas producidas y, por tanto, corregir defectos que condicionan su éxito final.