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Response of the natural abundance of 15N in forest soils and foliage to high nitrate loss following clear-cutting

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Abstract:

Export of microbially produced nitrate from an ecosystem is expected to increase delta15N in the remaining soil organic matter and NH4+. To test the hypothesis that nitrification and nitrate loss induced by clear-cutting cause an increase in soil and foliar delta15N, we measured delta15N in a clear-cut watershed at the Hubbard Brook Experimental Forest, New Hampshire. delta15N ranged from –0.02‰ in the Oie horizon to 7.7‰ in the Bs2 horizon prior to clear-cutting and increased significantly by 1.3‰ in the Oie horizon and 0.9‰ in the Oa horizon 3 years after clear-cutting. Fifteen years after clear-cutting, delta15N in both O horizons decreased to near-initial values. No significant temporal changes in the Bs2 and C horizons delta15N were observed. Foliar delta15N was highest (1.7‰) the first 2 years after clear-cutting and was significantly higher than in the reference watershed (mean delta15N = –1.2‰), decreasing to 0.0‰ 3–5 years after clear-cutting and to –1.3‰ 9–11 years after clear-cutting. Increased foliar delta15N coincided with increased stream-water nitrate concentration, suggesting that the increased nitrification responsible for elevated stream-water nitrate may also have caused an enrichment of the plant-available ammonium pool. The response observed in this catchment also suggests that sampling of soil or foliar delta15N may provide a practical alternative to long time series of stream chemistry for evaluating nitrogen saturation of forested ecosystems.

L'exportation de nitrate d'origine microbienne hors d'un écosystème devrait accroître le delta15N dans la matière organique du sol et le NH4+ résiduels. Afin de vérifier l'hypothèse que la nitrification et la perte de nitrate induites par la coupe à blanc causent un accroissement de delta15N dans le sol et le feuillage, nous avons mesuré le delta15N dans un bassin versant coupé à blanc dans la forêt expérimentale de Hubbard Brook, dans l'état du New Hampshire. Le delta15N variait de 0,02‰ dans l'horizon Oie à 7,7‰ dans l'horizon Bs2 avant la coupe à blanc et avait augmenté significativement de 1,3‰ dans l'horizon Oie et de 0,9‰ dans l'horizon Oa 3 ans après la coupe à blanc. Quinze ans après la coupe à blanc, le delta15N des deux horizons O était revenu presque aux valeurs initiales. Aucun changement temporel significatif de delta15N n'a été observé dans les horizons Bs2 et C. Le delta15N du feuillage était plus élevé (1,7‰) les 2 années suivant la coupe à blanc et était significativement plus élevé que dans le bassin versant de référence (delta15N moyen = –1,2‰), diminuant à 0,0‰ 3–5 ans après la coupe à blanc, et à –1,3‰ 9–11 ans après la coupe à blanc. L'accroissement du delta15N foliaire a coïncidé avec l'augmentation de la concentration de nitrate dans les ruisseaux, suggérant que l'accroissement de la nitrification qui est responsable de l'augmentation du nitrate dans les ruisseaux peut aussi avoir causé un enrichissement dans le pool d'ammonium disponible pour la plante. La réponse observée dans ce bassin indique aussi que l'échantillonnage du sol ou du feuillage pour le delta15N pourrait être une alternative pratique aux longues séries temporelles de la chimie des cours d'eau pour évaluer la saturation en azote des écosystèmes forestiers. [Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2002-07-01

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  • Published since 1971, this monthly journal features articles, reviews, notes and commentaries on all aspects of forest science, including biometrics and mensuration, conservation, disturbance, ecology, economics, entomology, fire, genetics, management, operations, pathology, physiology, policy, remote sensing, social science, soil, silviculture, wildlife and wood science, contributed by internationally respected scientists. It also publishes special issues dedicated to a topic of current interest.
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