Nitrogen fixation in coarse woody debris of Thuja plicata and Tsuga heterophylla forests on northern Vancouver Island

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Abstract:

Asymbiotic nitrogenase activity in coarse woody debris was measured using the acetylene reduction assay under ambient conditions in three different stand ages (5, 53, and 88 years old) of an unmanaged second-growth Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg. – Abies amabilis (Dougl. ex Loud.) Dougl. ex J. Forbes forest type and a Thuja plicata Donn. ex D. Don – Tsuga heterophylla old-growth forest on northern Vancouver Island, British Columbia, Canada. Four different decay classes of coarse woody debris, different species in the early decay stages, and sapwood and heart wood were sampled separately. Mean nitrogenase activity ranged between 1.3 and 19.5 nmol
C2H4·d–1·(g dry mass)–1, with an overall mean of 5.7. High variability of the activity rates between logs and within logs was observed in all four stands. Mean activity rates were, in most cases, significantly different between decay classes, with generally increasing nitrogenase activity with the progress of decay. Moisture content of the samples was a good predictor of nitrogenase activity and could explain differences between decay classes. Only minor differences in nitrogenase activity were found between the different stands. Estimates of nitrogen fixation ranged from 1.0 to 2.1 kg N·ha–1·year–1, the magnitude of these values depending more on the mass of coarse woody debris substrate available for asymbiotic nitrogen-fixing bacteria (103–158 t·ha–1 in this study) than on differences in nitrogenase activity rates. The measured nitrogenase activity and the resultant estimates of nitrogen fixation are among the highest values reported in the literature.

L'activité non symbiotique de la nitrogénase dans les débris ligneux grossiers a été mesurée à l'aide du test de réduction de l'acétylène en conditions ambiantes dans trois peuplements d'âge différent (5, 53 et 88 ans) situés dans une forêt de seconde venue non aménagée de Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg. et de Abies amabilis (Dougl. ex Loud.) Dougl. ex J. Forbes ainsi que dans une forêt ancienne de Thuja plicata Donn. ex D. Don et de Tsuga heterophylla située au nord de l'île de Vancouver, en Colombie-Britannique, Canada. Quatre classes de décomposition des débris ligneux grossiers, différentes espèces aux stades initiaux de décomposition ainsi que le bois d'aubier et le bois de cœur ont été échantillonnés séparément. En moyenne, l'activité de la nitrogénase variait de 1,3 à 19,5 avec une moyenne globale de 5,7 nmol de C2H4·j–1·(g de masse sèche)–1. Le taux d'activité était très variable dans et entre les billes dans les quatre peuplements. Les taux moyens d'activité étaient dans la plupart des cas significativement différents entre les classes de décomposition et l'activité de la nitrogénase augmentait généralement avec le degré de décomposition. Le contenu en eau des échantillons était un bon prédicteur de l'activité de la nitrogénase et pouvait expliquer les différences entre les classes de décomposition. Seules des différences mineures dans l'activité de la nitrogénase ont été observées entre les différents peuplements. Les estimations de la fixation de l'azote variaient de 1,0 à 2,1 kg N·ha–1·an–1. L'ampleur de ces valeurs dépendait plus de la masse de substrat disponible dans les débris ligneux grossiers pour les bactéries qui fixent l'azote de façon non symbiotique (103–158 t·ha–1 dans cette étude) que des différences dans le taux d'activité de la nitrogénase. La mesure de l'activité de la nitrogénase et les estimations de la fixation de l'azote qui en résultent sont parmi les valeurs les plus élevées rapportées dans la littérature.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2003

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