Oaks in a high-CO₂ world

Abstract - The concentration of carbon dioxide in the atmosphere is one environmental factor that is certain to influence the physiology and productivity of oak trees everywhere. Direct assessment of the impact of increasing CO₂ is very difficult, however, because of the long-term nature of CO₂ effects and the myriad potential interactions between CO₂ and other environmental factors that can influence the physiological and ecological relationships of oaks. The CO₂ responses of at least 11 Quercus species have been investigated, primarily in experiments with seedlings. The growth response varies considerably among these experiments, and there appears to be no basis for differentiating the response of oaks as a group from those of other woody plants. The more important challenge is to find a basis for addressing questions about the responses of oak forest ecosystems from experimental data on individual seedlings and saplings. A series of experiments with white oak (Quercus alba L) seedlings and saplings was focused toward larger-scale questions, such as whether N limitations would preclude growth responses to elevated CO ₂ and whether short-term physiological responses could be sustained over longer time scales. These experiments suggested three issues that are particularly important for addressing forest responses: leaf area dynamics, fine root production, and biotic interactions. By focusing seedling and sapling experiments toward these issues, we gain insight into the important processes that will influence ecosystem response and, at least in a qualitative sense, the sensitivity of those processes to elevated CO₂.

Résumé - Les chênes dans une atmosphère enrichie en CO₂. La concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère est un facteur de l'environnement qui influencera certainement la physiologie et la productivité des chênes partout à travers le monde. Une évaluation directe de l'impact d'un accroissement des concentrations en CO₂ est cependant difficile, du fait de la durée de ces effets et de la myriade d'autres facteurs de l'environnement susceptibles d'interagir avec le CO₂ pour influencer les caractéristiques physiologiques et écologiques de ces espèces. Les réponses à l'augmentation de CO₂ d'au moins 11 espèces de chênes ont été analysées, le plus souvent au travers d'expériences portant sur des jeunes plants. La croissance a été très diversement affectée au cours de ces expérimentations, et aucune différenciation des chênes en tant que taxon n'a pu être établie en comparaison avec d'autres espèces ligneuses sur la base de ces réponses. Cependant, la nécessité d'extrapoler les réponses obtenues à l'échelle de semis et de jeunes plants à celle des écosystèmes à base de chênes constitue un redoutable défi. Une série d'expériences avec des semis et de jeunes plants de chêne blanc (Quercus alba) a été menée dans le but de répondre à deux questions sur la réaction de chênaies adultes : i) les limitations de croissance imposées par la disponibilité en azote pourront-elles contrebalancer l'effet positif potentiel de l'accroissement de CO₂ ? ii) Les réponses physiologiques observées à court terme seront-elles maintenues à plus long terme ? Les expériences présentées suggèrent que trois phénomènes revêtent une importance particulière à l'échelle des écosystèmes forestiers : les dynamiques d'installation de la surface foliaire, la production de racines fines et les interactions biotiques. En orientant les expérimentations futures menées sur des jeunes plants de manière à répondre à ces questions, nous pourrons obtenir des informations intéressantes sur des processus important pour la réponse des écosystèmes, et, au moins de manière qualitative, la sensibilité de ces processus à des augmentations de CO₂.