The effects of prolonged exposure to elevated temperatures and elevated CO2 levels on the growth, yield and dry matter partitioning of field-sown meadow fescue

Abstract

Peltoon kylvettyä nurminataa (lajike Kalevi) kasvatettiin normaalissa ja kohotetussa (+3 °C) lämpötilassa ja normaalissa ja kohotetussa CO2-pitoisuudessa kahdessa kahden vuoden mittaisessa kokeessa vuosina 1992-1993 (koe 1) ja 1994-1995 (koe 2). Kasvatus kohotetussa lämpötilassa lisäsi nurminadan kokonaissatoa keskimäärin 38 % normaalissa lämpötilassa kasvatettuun verrattuna. Kohotettu CO2-pitoisuus lisäsi normaalissa lämpötilassa nurminadan versojen määrää 63 %, 24 %, 90 %ja 14 % vuosina 1992-1995. Kohotetussa lämpötilassa kohotetun CO2-pitoisuuden vaikutus versomäärään näkyi vain ensimmäisten kasvukausien aikana molemmissa kokeissa. Nurminadan kokonaissato nousi 10 % kohotetussa CO2-pitoisuudessa kokeessa 1. Kokeessa 2 sadot nousivat CO2-käsittelyn vaikutuksesta yli 20 % kohotetussa lämpötilassa. Normaalissa lämpötilassa CO2-käsittelyllä ei ollut vaikutusta nurminadan satoon, mutta juuriston paino lisääntyi yli 30 %. Juuriston paino nousi normaalissa lämpötilassa CO2-käsittelyssä myös kokeessa 1, mutta kohotetussa lämpötilassa CO2-käsittelyllä ei ollut selvää vaikutusta juuriston biomassaan. Liukoisen hiilihydraatin määrä nurminadan maanpäällisessä osassa oli useimmilla mittauskerroilla kasvukauden aikana 5-48 % suurempi kohotetussa CO2:ssa, mutta typen määrä ei laskenut. Syitä siihen, miksi CO2 -käsittely vaikuttaa vain vähän biomassaan, vaikka saman kokeen yhteydessä on aikaisemmin todettu fotosynteesin nousevan 40-60 %, pohditaan.

Field-sown meadow fescue (Festuca pratensis, cv. Kalevi) stands were exposed to elevated temperatures (+3°C) and elevated CO2 (700 ppm) levels in two experiments conducted in 1992-1993 (experiment 1) and in 1994-1995 (experiment 2). Total aboveground yield was, on average, 38% higher at elevated than at ambient temperatures. At ambient temperatures elevated CO2 increased the number of tillers by 63% in 1992, 24% in 1993, 90% in 1994 and 14% in 1995. At elevated temperatures, the increase in tiller number in elevated CO2 was seen only in the first growing seasons after sowing. The total yield in a growing season was about 10% higher in elevated CO2 in experiment 1. In experiment 2 the yield was more than 20% higher in elevated CO2 at elevated temperatures, whereas at ambient temperatures the rise in CO2 level had no effect on the yield; the root biomass, however, increased by more than 30%. In elevated CO2 at ambient temperatures the root biomass also increased in experiment 1, but at elevated temperatures there was no consistent change. The soluble carbohydrate content of above-ground biomass was 5-48% higher in elevated CO2 at most of the measuring times during the growing season, but the nitrogen content did not show a clear decrease. The reasons for the lack of a marked increase in biomass in elevated CO2 despite a 40-60% increase in photosynthesis are discussed.