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Interspecific divergence in foliar nutrient dynamics and stem growth in a temperate forest in response to chronic nitrogen inputs

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Abstract:

We studied the effects of excessive nitrogen (N) fertilization on foliar nutrient dynamics and stem growth in three important tree species in a mixed-deciduous forest. Stem diameter growth, foliar N concentrations, nitrogen–phosphorus (N/P) ratios, and nutrient resorption were determined for Acer rubrum L. (ACRU), Liriodendron tulipi fera L. (LITU), and Prunus serotina Ehrh. (PRSE) on two 30-year-old watersheds at the Fernow Experimental Forest, West Virginia, USA: WS3, fertilized annually with 35 kg ammonium sulfate·ha–1 since 1989, and WS7, an untreated control watershed. In an earlier (1992) study, foliar N concentrations of all three species averaged 11% higher in WS3 than in WS7. By 2000, that was no longer the case for any species; indeed N in ACRU leaves was 13% lower in WS3 that year. N/P ratios were elevated in WS3 only in PRSE in 1992 and in both ACRU and PRSE in 1997, but by 2001, mean N/P for all three species was lower in WS3. N resorption efficiencies were 30% lower in WS3 in ACRU and PRSE, but not in LITU. Stem diameter growth in WS3 was 55% lower in ACRU and 30% lower in LITU and PRSE compared with that in WS7. Results may indicate declining growth vigor in ACRU and, to a lesser extent, PRSE and LITU in the fertilized watershed. Observed interspecific differences in growth and plant nutrition responses suggest eventual changes in species composition under increasing N saturation.

Les auteurs ont étudié les effets d'une fertilisation excessive en azote (N) sur la dynamique des nutriments dans les feuilles et la croissance de la tige de trois espèces d'arbres importantes dans une forêt feuillue mélangée. La croissance en diamètre de la tige, les concentrations de N, les rapports azote–phosphore (N/P) dans les feuilles et la résorption des nutriments ont été mesurées pour Acer rubrum L. (ACRU), Liriodendron tulipifera L. (LITU) et Prunus serotina Ehrh. (PRSE) dans deux bassins versants de 30 ans à la forêt expérimentale de Fernow en Virginie de l'Ouest (É.-U.) : WS3 – bassin fertilisé annuellement avec 35 kg·ha–1 de sulfate d'ammonium depuis 1989 et WS7 – bassin versant non traité utilisé comme témoin. Dans une étude antérieure, la concentration de N dans les feuilles des trois espèces était en moyenne 11 % plus élevée dans WS3 que dans WS7. En 2000, ce n'était plus le cas pour aucune des espèces; cette année là en effet, la concentration de N dans les feuilles d'ACRU était 13 % plus faible dans WS3. Le rapport N/P était élevé dans WS3 seulement chez PRSE en 1992 et chez ACRU et PRSE en 1997. Mais à partir de 2001 le rapport moyen N/P pour les trois espèces d'arbres était plus faible dans WS3. L'efficacité de résorption de N était 30 % plus faible dans WS3 chez ACRU et PRSE mais pas chez LITU. La croissance en diamètre de la tige dans WS3 était 55 % plus faible chez ACRU et 30 % plus faible chez LITU et PRSE comparativement à WS7. Les résultats pourraient être l'indice d'une croissance moins vigoureuse chez ACRU et, jusqu'à un certain point, chez PRSE et LITU dans le bassin soumis à une fertilisation. Les différences qui ont été observées dans le comportement de la croissance et de la nutrition annoncent d'éventuels changements dans la composition en espèces avec l'augmentation de la saturation en N.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2005

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