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Effects of fire at two frequencies on nitrogen transformations and soil chemistry in a nitrogen-enriched forest landscape

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Abstract:

This study reports results of the application of dormant-season prescribed fire at two frequencies (periodic (two fires in 4 years) and annual) at four southern Ohio mixed-oak (Quercus spp.) forest sites to restore the ecosystem functional properties these sites had before the onset of fire suppression and chronic atmospheric deposition. Each forest site comprised three contiguous watershed-scale treatment units: one burned in 1996 and 1999, one burned annually from 1996 through 1999, and an unburned control. Soil organic matter, available P, net N mineralization, and nitrification were not significantly changed by fire at either frequency, though values for the latter two properties increased 4- to 10-fold from the period 1995–1997 to the period 1999–2000. Fire at both frequencies resulted in increased soil pH and exchangeable Ca2+. Exchangeable Al3+ was reduced by fire at two of four sites, and the molar ratio of Ca/Al was increased by fire at three of four sites. In contrast to results in most studies of fire, N transformations and availability were not increased by fire in this N-enriched region (deposition of N averaged about 6 kg·ha–1·year–1 over the last 20 years). We hypothesize that the large observed increase in nitrification is an indication of the onset of N saturation. Although fire appears to offset the effect of atmospheric deposition in this region by increasing soil pH, Ca2+, and Ca/Al ratio and reducing available Al3+, increased NO3 fluxes through the soil from continued N deposition may negate the positive effect of fire.

Cet article présente les résultats d'essais de brûlage dirigé pendant la période de dormance dans quatre stations occupées par une forêt mixte de chêne (Quercus spp.). Deux fréquences (périodique (deux fois en 4 ans) et annuelle) de brûlage dirigé ont été utilisées dans le but de restaurer les propriétés fonctionnelles de l'écosystème antérieures à la suppression des feux et aux dépôts atmosphériques chroniques. Chaque station forestière était constituée de trois unités correspondant à trois bassins versants contigus ayant chacun reçu un traitement : un bassin a été brûlé en 1996 et 1999, un autre a été brûlé à chaque année de 1996 à 1999 et le dernier a servi de témoin. Peu importe la fréquence, le feu n'a pas significativement affecté la matière organique du sol, le P disponible, la minéralisation nette de N et la nitrification même si la minéralisation nette de N et la nitrification ont augmenté de 4 à 10 fois de 1995–1997 à 1999–2000. Les deux fréquences de brûlage ont entraîné une augmentation du pH du sol et de la quantité de Ca2+ échangeable. Le feu a fait diminuer la quantité de Al3+ échangeable dans deux des quatre stations et augmenté le rapport molaire Ca/Al dans trois des quatre stations. Contrairement à la plupart des études sur le feu, le brûlage n'a affecté ni la transformation ni la disponibilité de N dans cette région enrichie en N où les dépôts atmosphériques ont atteint en moyenne 6 kg N·ha–1·an–1 au cours des 20 dernières années. Nous faisons l'hypothèse que la forte augmentation de la nitrification, que nous avons observée, est un indice d'un début de saturation en N. Bien que le brûlage semble pallier l'effet des dépôts atmosphériques dans cette région en augmentant le pH du sol, le contenu en Ca2+ et le rapport Ca/Al tout en réduisant la quantité de Al3+ disponible, l'augmentation des flux de NO3 dans le sol qui résulte des dépôts persistants de N pourrait annuler l'effet positif du brûlage.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-03-01

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