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Nutritional interactions in mixed species forests: a synthesis

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For more than a century, scientists have considered whether mixtures of tree species may differ in nutrition and yield relative to monocultures. We review the empirical evidence on the nutritional interactions of tree species in mixtures, including information on foliar nutrition, soil nutrient supply, rates of nutrient input, and patterns of root distribution. Linear effects were most common, with mixtures intermediate in value between monocultures. In some cases, values for mixtures were lower than expected, indicating an antagonistic interaction. A few cases that included nitrogen- fixing species showed a synergistic interaction, with mixtures showing higher values than monocultures. Nutrient concentrations in foliage of Sitka spruce (Picea sitchensis (Bong.) Carrière) were improved in mixtures with other conifers in three studies, in contrast to four studies with mixtures of various conifers and hardwoods that showed no effect of mixtures on foliage nutrient concentrations. Mixtures that combine species with and without the ability to fix atmospheric nitrogen have shown a full range of foliar responses from decreases to increases in phosphorus, to increases in nitrogen, to no effect of mixtures. Rates of litter decomposition usually showed no effect of species mixtures, but a few cases demonstrated both increases and decreases in decomposition relative to monocultures. Pools of soil nutrients generally did not differ between mixtures and monocultures. Root distributions in mixtures of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) and beech (Fagus sylvatica L.) were altered in mixtures; compared with monocultures, spruce rooted more shallowly in mixtures with beech, and beech rooted more deeply in mixtures with spruce. General conclusions are limited by the small number of studies that directly addressed mixed-species effects in forests, and the wide variety of observed interactions. Further research would be particularly helpful in identifying situations where nonlinear interactions may develop, including the species and site conditions that promote nonlinear interactions. Neighborhood methods, which analyze the relationship between stand composition and nutritional properties on a small spatial scale, offer great potential for exploring nutritional effects in mixed-species stands.

Depuis plus d'un siècle, les scientifiques ont cherché à déterminer si les peuplements mélangés se distinguent des peuplements purs par leur nutrition et leur rendement. Nous avons passé en revue les données empiriques sur les interactions nutritionnelles entre les espèces d'arbre en peuplements mélangés, incluant l'information sur la nutrition foliaire, la disponibilité des nutriments dans le sol, les taux d'apport de nutriments et les patrons de distribution des racines. Les effets linéaires sont les plus communs et les peuplements mélangés prennent des valeurs intermédiaires entre les peuplements purs. Dans certains cas, les valeurs qu'affichent les peuplements mélangés sont plus faibles que prévu, suggérant une interaction antagoniste. Quelques cas comportant des espèces fixatrices d'azote montrent une interaction synergique. Dans ce cas les peuplements mélangés affichent des valeurs plus élevées que les peuplements purs. La concentration de nutriments dans les feuilles de l'épinette de Sitka (Picea sitchensis (Bong.) Carrière.) est plus élevée en mélange avec d'autres conifères selon trois études contrairement à quatre autres portant sur des peuplements mélangés comprenant divers conifères avec des feuillus qui ne rapportent aucun effet des mélanges sur la concentration de nutriments dans les feuilles. Les peuplements mélangés qui combinent des espèces sans et avec la capacité de fixer l'azote atmosphérique montrent toute la gamme de réponses foliaires qui se traduisent par une diminution ou une augmentation du phosphore, une augmentation d'azote et aucun effet des mélanges. Le taux de décomposition de la litière n'est généralement pas affecté par un mélange d'espèces. Dans quelques cas cependant, des augmentations et des diminutions dans la décomposition de la litière ont été rapportées comparativement aux peuplements purs. Les pools de nutriments dans le sol des peuplements mélangés ne diffèrent généralement pas de ceux des monocultures. La distribution des racines dans les peuplements mélangés d'épicéa commun (Picea abies (L.) Karst.) et de hêtre commun (Fagus sylvatica L.) n'est pas la même dans les peupleme

Document Type: Research Article

Publication date: November 1, 2001

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