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Spatial variability in soil nutrient availability in an oak-pine forest: potential effects of tree species

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Abstract:

Established species have been shown to affect soil nutrient availability, but the effects of "native invasive" species on soil nutrient availability are relatively unknown. Oak-dominated forests in the eastern deciduous forest are dynamic in their species composition, with increasing dominance of red maple (Acer rubrum L.) in the midstory and overstory. We hypothesized that higher quality red maple litter within a litter matrix dominated by oaks would accelerate N turnover, increase nutrient availability in the soil, and result in a thinner and less massive O horizon. We examined nutrient availability in soils under three overstory tree species (Quercus prinus L., A. rubrum, and Pinus echinata Mill. or Pinus rigida Mill.), under a shrub (Vaccinium spp.), and in locations without tree stems ("no tree"). Ex tract able nutrients (P, K, Mg, Ca) and total and available N were quantified in the O horizon and upper mineral soil at 0.5 m and 1.0 m from the base of individual trees or from the center of Vaccinium and no-tree locations. Despite low lignin concentration in red maple litter and low lignin/N ratio, the lowest N mineralization rates were found in red maple microsites; the highest N mineralization rates were found under oak. Extractable cations were generally highest under red maple and lowest under pines, and red maple had the highest levels of total N (but not NO3 or NH4) in the upper mineral soil. Shifting species composition towards red maple and away from pines in these forests may alter nutrient cycling by increasing surface soil cation availability, but reducing soil N mineralization.

Il a été démontré que les espèces déjà établies affectent la disponibilité des nutriments dans le sol mais on connaît peu d'effets similaires dus aux espèces indigènes envahissantes. Les forêts dominées par le chêne dans la forêt feuillue de l'Est sont dynamiques dans leur composition en espèces, avec une dominance croissante de l'érable rouge (Acer rubrum L.) dans les étages dominant et intermédiaire. Nous avons émis l'hypothèse que la litière d'érable rouge qui est de meilleure qualité, mélangée à la litière dominée par les chênes, devrait accélérer le recyclage de N, augmenter la disponibilité des nutriments dans le sol et entraîner la formation d'un horizon O plus mince et moins massif. Nous avons étudié la disponibilité des nutriments dans le sol sous le couvert de trois espèces d'arbres (Quercus prinus L., A. rubrum et Pinus echinata Mill. ou Pinus rigida Mill.), d'un arbuste (Vaccinium spp.) et à des endroits où il n'y avait pas d'arbre (« sans arbre »). Les nutriments extractibles (P, K, Mg, Ca) ainsi que N disponible et total ont été quantifiés dans l'horizon O et la couche supérieure du sol minéral à 0,5 et 1,0 m de la base d'arbres individuels ou du centre des tiges de Vaccinium ou des endroits sans arbre. Malgré la faible concentration en lignine dans la litière d'érable rouge et le faible rapport lignine : N, les plus faibles taux de minéralisation de N ont été observés dans les microsites occupés par l'érable rouge; les taux les plus élevés de minéralisation de N ont été observés sous le chêne. La quantité de cations extractibles était généralement la plus élevée sous l'érable rouge et la plus faible sous le pin. De plus, les plus grandes quantités de N total (mais pas de NO3 ou de NH4) dans la partie supérieure du sol minéral ont été mesurées sous l'érable rouge. L'évolution de la composition en espèces dans ces forêts, du pin vers l'érable rouge, pourrait modifier le recyclage des nutriments en augmentant la disponibilité des cations à la surface du sol mais en réduisant la minéralisation de N dans le sol.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2003

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