Ann. For. Sci. 56 (1999) 91-105
DOI: 10.1051/forest:19990202

Responses of growth, nitrogen and carbon partitioning to elevated atmospheric CO₂ concentration in live oak (Quercus virginiana Mill.) seedlings in relation to nutrient supply

Roberto Tognetti^{a, b} and Jon D. Johnson<sup>a

a</sup>  School of Forest Resources and Conservation, University of Florida, 326 Newins-Ziegler Hall, Gainesville, FL 32611, USA
^b  Istituto per l'Agrometeorologia e l'Analisi Ambientale applicata all'Agricoltura, Consiglio Nazionale delle Ricerche, via Caproni 8, 50145 Florence, Italy and Department of Botany, Trinity College, University of Dublin, Dublin 2, Ireland

Abstract - Live oak (Quercus virginiana Mill.) seedlings were exposed at two concentrations of atmospheric carbon dioxide ([CO₂], 370 or 520 μmol·mol^-1) in combination with two soil nitrogen (N) treatments (20 and 90 μmol·mol^-1 total N) in open-top chambers for 6 months. Seedlings were harvested at 5-7 weeks interval. CO₂ treatment had a positive effect on seedling growth. Differences in biomass between elevated and ambient CO₂-treated plants increased over the experimental period. Soil N availability did not significantly affect growth. Nevertheless, growth in elevated [CO₂] in combination with high N levels led to a consistently higher accumulation of total biomass by the end of the experiment (30-40 %). Biomass allocation between plant parts was similar for seedlings in all treatments, but was significantly different between harvests. The N regimes did not result in different relative growth rate (RGR) and net assimilation rate (NAR), while CO₂ treatment had an overall significant effect. Across all [CO₂] and N levels, there was a positive relationship between plant mass and subsequent RGR, and this relationship did not differ between treatments. Overall, specific leaf area (SLA) decreased in CO₂-enriched air. Fine root-foliage mass ratio was increased by elevated [CO₂] and decreased by high N. High CO₂- and high N-treated plants had the greatest height and basal stem diameter. The allometric relationships between shoot and root dry weight and between height and basal stem diameter were not significantly affected by elevated [CO₂]. Leaf N concentrations were reduced by low soil N. Plant N concentrations decreased with time. Elevated [CO,] increased the C/N ratio of all plant compartments, as a result of decreasing N concentrations. High CO₂-grown plants reduced N concentrations relative to ambient CO₂-grown plants when compared at a common time, but similar when compared at a common size. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Résumé - Croissance, répartition de l'azote et du carbone chez des semis de Quercus virginiana Mill. en réponse à une concentration élevée de CO₂. Interaction avec l'alimentation en azote. Des semis de Quercus virginiana Mill. ont été exposés pendant six mois à deux concentrations en CO₂ atmosphérique (370 μmol mol^-1 ou 520 μmol mol^-1) en combinaison avec deux traitements d'alimentation en azote (20 et 90 μmol mol^-1 N total) du sol dans des chambres à ciel ouvert. Des semis ont été récoltés à intervalle de 5-7 semaines. Le traitement CO₂ a eu un effet positif sur la croissance des semis. Les différences observées dans le poids de la biomasse entre les deux traitements CO₂ ont augmenté au cours de la période d'expérimentation. La disponibilité du sol en azote n'a pas affecté la croissance de manière significative. Néanmoins, la croissance en CO, élevée, en combinaison avec des niveaux élevés d'azote, amène une accumulation uniformément plus élevée de biomasse totale en fin d'expérience (30-40 %). L'allocation de biomasse entre les différentes parties a été semblable dans tous les traitements, mais était sensiblement différente entre les récoltes. Les régimes azotés n'ont pas entraîné de différence dans les taux de croissance relative (RGR) et les taux d'assimilation nette (NAR), alors que le traitement de CO ₂ avait un effet significatif. A travers toutes les concentrations en CO₂ et les niveaux d'apport azoté, il a été mis en évidence une relation positive entre la masse des plantes et RGR, et cette relation n'a pas différé entre les traitements. La surface spécifique de feuille (SLA) a diminué en concentration élevée de CO₂. Le rapport de la masse de racine fine et de la masse de feuillage a été augmenté en forte concentration en CO, et a diminué avec les fortes concentrations en azote. Les semis traités avec une forte concentration en azote en CO, ont eu la plus grande croissance en hauteur et en diamètre. Les rapports allométriques entre la biomasse de tige et de la racine et entre la croissance en hauteur et en diamètre n'ont pas été sensiblement affectés par une concentration élevée. Les concentrations du feuillage en azote ont été réduites par les basses concentrations en azote du sol. La concentration en azote des semis diminue avec le temps. La concentration élevée en CO ₂ a augmenté le rapport C/N de tous les compartiments des semis, en raison de la diminution des concentrations en azote. Les semis soumis à une concentration élevée en CO₂ ont réduit les concentrations en azote comparativement au traitement CO₂ en concentration actuelle, si la comparaison se fait sur une base temporelle, mais sont semblables si l'on compare des semis de hauteurs identiques. (© Inra/Elsevier, Paris.)

Key words: carbon allocation / carbon dioxide enrichment / growth / nitrogen / Quercus virginiana

Mots clés : azote / croissance / enrichissement en dioxyde de carbone / Quercus virgiuiana / répartition du carbone