Variation in overstory nitrogen uptake in a small, high-elevation southern Appalachian spruce-fir watershed

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Abstract:

High-elevation red spruce (Picea rubens Sarg.) – Fraser fir (Abies fraseri (Pursh) Poir.) forests of the southern Appalachians exhibit considerable spatial heterogeneity in structure, and possibly in N uptake, because of a combination of natural disturbances and heavy fir mortality caused by infestations of the exotic balsam woolly adelgid (Adelges piceae Ratz). The objectives of this study are to determine spatial variability in tree N uptake in a small high-elevation catchment in the Great Smoky Mountains National Park, compare outcomes among calculation methods, and assess the influence of stand and landscape properties on N uptake. Tree N uptake is estimated for fifty 20 × 20 m plots in the Noland Divide Watershed (NDW). Components considered in the calculations are stem growth, foliage increment, and mortality of spruce, fir, and yellow birch (Betula alleghaniensis Britt.) from 1993 and 1998 stand inventories; throughfall N flux measured in summers 1998 and 1999; litterfall N return for 1 year in a subset of 12 plots; tissue N analyses; and atmospheric N deposition and root turnover estimates from the literature. Overstory N uptake varies spatially within NDW, with a CV of 9–41% depending on the calculation method. Variability among methods is even higher, with an almost 15-fold difference between the smallest and largest average overstory uptake estimate (5 vs. 74 kg·ha–1·year–1). Only 5 and 3 kg·ha–1·year–1 of N is sequestered in wood and foliar increment, respectively, while 36 kg·ha–1 of N returns annually as aboveground litterfall. Uptake and its components are correlated with measures of stand structure but not with elevation or aspect.

Des forêts de haute altitude d'épinette rouge (Picea rubens Sarg.) et de sapin Fraser (Abies fraseri (Pursh) Poir.) du Sud des Appalaches montrent une hétérogénéité spatiale considérable dans leur structure et probablement dans leur prélèvement en azote du fait d'une combinaison de perturbations naturelles et d'une mortalité importante du sapin causée par des infestations du puceron lanigère du sapin (Adelges piceae Ratz.). Les objectifs de cette étude consistaient à déterminer la variabilité spatiale du prélèvement en azote des arbres dans un petit bassin de haute altitude localisé dans le parc national des Great Smoky Mountains, comparer les résultats entre les méthodes d'estimation et évaluer l'influence des propriétés du peuplement et du paysage sur le prélèvement en azote. Le prélèvement en azote des arbres a été estimé pour 50 placettes de 20 × 20 m dans le bassin du Noland Divide (BND). Les éléments considérés dans les calculs sont : la croissance de la tige, la croissance foliaire et la mortalité de l'épinette, du sapin et du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britt.) à partir des inventaires de peuplement de 1993 et 1998; le flux d'azote dans le pluviolessivage mesuré pendant les étés 1998 et 1999; le retour en azote par la litière pour une année dans un sous-ensemble de 12 placettes; les analyses d'azote dans les tissus; les dépôts atmosphériques d'azote et le taux de renouvellement des racines estimés à partir de la littérature. Le prélèvement d'azote du couvert varie spatialement dans le BND, avec un CV de 9 à 41 % en fonction de la méthode de calcul. La variabilité parmi les méthodes est même plus forte, avec une différence de près de 15 fois entre la valeur estimée de prélèvement moyen du couvert la plus élevée et la plus faible (5 vs 74 kg·ha–1·an–1). Seuls 5 et 3 kg·ha–1·an–1 d'azote sont respectivement séquestrés dans l'accroissement du bois et du feuillage alors que 36 kg·ha–1·an–1 d'azote retourne annuellement comme litière aérienne. Le prélèvement et ses composantes sont corrélés avec des mesures de structure du peuplement mais pas avec l'altitude ou l'exposition.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2002

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