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Temporal and spatial variation of nitrogen transformations in nitrogen-saturated soils of a central Appalachian hardwood forest

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Abstract:

We studied temporal and spatial patterns of soil nitrogen (N) dynamics from 1993 to 1995 in three watersheds of Fernow Experimental Forest, W.V.: WS7 (24-year-old, untreated); WS4 (mature, untreated); and WS3 (24-year-old, treated with (NH4)2SO4 since 1989 at the rate of 35 kg N·ha–1·year–1). Net nitrification was 141, 114, and 115 kg N·ha–1·year–1, for WS3, WS4, and WS7, respectively, essentially 100% of net N mineralization for all watersheds. Temporal (seasonal) patterns of nitrification were significantly related to soil moisture and ambient temperature in untreated watersheds only. Spatial patterns of soil water NO3 of WS4 suggest that microenvironmental variability limits rates of N processing in some areas of this N-saturated watershed, in part by ericaceous species in the herbaceous layer. Spatial patterns of soil water NO3 in treated WS3 suggest that later stages of N saturation may result in higher concentrations with less spatial variability. Spatial variability in soil N variables was lower in treated WS3 versus untreated watersheds. Nitrogen additions have altered the response of N-processing microbes to environmental factors, becoming less sensitive to seasonal changes in soil moisture and temperature. Biotic processes responsible for regulating N dynamics may be compromised in N-saturated forest ecosystems.

Nous avons étudié les patrons temporels et spatiaux de la dynamique de l'azote (N) du sol, de 1993 à 1995, dans trois bassins versants de la forêt expérimentale de Fernow : WS7 (âgé de 24 ans et non traité); WS4 (mature et non traité); WS3 (âgé de 24 ans et traité avec (NH4)2SO4 depuis 1989 au taux de 35 kg N·ha–1·an–1). La nitrification nette était respectivement de 141, 114 et 115 kg N·ha–1·an–1 pour WS3, WS4 et WS7, soit essentiellement 100% de la minéralisation nette pour tous les bassins versants. Les patrons temporels (saisonniers) de nitrification étaient significativement reliés à l'humidité du sol et à la température ambiante seulement dans les bassins versants non traités. Les patrons spatiaux de NO3 de la solution de sol du WS4 indiquent que la variabilité micro-environnementale limite le taux de recyclage de N dans certaines aires de ce bassin versant saturé en N, en partie à cause des espèces d'éricacées présentes dans la strate herbacée. Les patrons spatiaux de NO3 de la solution du sol dans le WS3 traité indiquent que des stades plus avancés de saturation de N peuvent se traduire par de plus fortes concentrations avec moins de variabilité spatiale. La variabilité spatiale des variables de N du sol était plus faible dans le WS3 comparativement aux bassins versants non traités. Les ajouts de N ont altéré la réponse des microorganismes associés au cycle de N vis-à-vis les facteurs environnementaux en les rendant moins sensibles aux changements saisonniers d'humidité et de température du sol. Les processus biotiques responsables de la régulation de la dynamique de N peuvent être compromis dans les écosystèmes forestiers saturés en N.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2001-10-01

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