Climatic factors influencing fluxes of dissolved organic carbon from the forest floor in a continuous-permafrost Siberian watershed

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Abstract:

Fluxes of dissolved organic carbon (DOC) in forested watersheds underlain by permafrost are likely to vary with changes in climatic regime that increase soil moisture and temperature. We examined the effects of temporal and spatial variations in soil temperature and moisture on DOC fluxes from the forest floor of contrasting north- and south-facing slopes in central Siberia. DOC fluxes increased throughout the growing season (June–September) on both slopes in 2002 and 2003. The most favorable combination of moisture content and temperature (deepest active soil layer) occurred in September, and we believe this was the primary driver of increased DOC concentrations and flux in autumn. Total DOC flux for June–September was 12.6–17.6 g C·m–2 on the south-facing slope and 4.6–8.9 g C·m–2 on the north-facing slope. DOC concentrations in forest floor leachates increased with increasing temperature on the north-facing slope, but were almost unaffected by temperature on the south-facing slope. Our results suggest that water input in midseason from melting of ice or precipitation events is the primary factor limiting DOC production. Significant positive correlations between amounts of precipitation and DOC flux were found on both slopes. Dilution of DOC concentrations by high precipitation volumes was observed only for the forest floor leachates collected from the north-facing slope. Our results suggest that global warming will result in increased DOC production in forest floors of permafrost regions, and that precipitation patterns will play an important role in determining the magnitude of these changes in DOC flux as well as its interannual variability. However, the longer-term response of soils and DOC flux to a warming climate will be driven by changes in vegetation and microbial communities as well as by the direct results of temperature and moisture conditions.

Les flux de carbone organique dissout (COD) dans les bassins versants couverts de forêts sur un pergélisol ont des chances d'être modifiés à la suite des changements dans le régime climatique qui entraînent une augmentation de l'humidité et de la température du sol. Nous avons examiné les effets des variations temporelles et spatiales dans la température et l'humidité du sol sur les flux de COD dans la couverture morte sur des pentes exposées au nord ou au sud dans le centre de la Sibérie. Les flux de COD ont augmenté tout au long de la saison de croissance (juin à septembre) sur les deux versants en 2002 et 2003. La combinaison la plus favorable de contenu en eau et de température (dans la plus profonde couche de sol actif) est survenue en septembre et nous croyons que c'est la principale cause d'augmentation de la concentration et du flux de COD à l'automne. Le flux total de COD de juin à septembre était de 12,6–17,6 g C·m–2 sur la pente exposée au sud et de 4,6–8,9 g C·m–2 sur la pente exposée au nord. La concentration de COD dans le lessivat de la couverture morte augmentait avec la température sur la pente exposée au nord mais elle n'était presque pas affectée par la température sur la pente exposée au sud. Nos résultats indiquent que l'apport d'eau à mi-saison provenant de la fonte de la glace ou des précipitations est le principal facteur qui limite la production de COD. Des corrélations positives significatives entre la quantité de précipitation et le flux de COD ont été observées sur les deux versants. La dilution de la concentration de COD par de forts volumes de précipitation a été observée seulement dans le lessivat de la couverture morte provenant de la pente exposée au nord. Nos résultats indiquent que le réchauffement global a entraîné une augmentation de la production de COD dans la couverture morte dans les régions où le pergélisol est présent et que le patron de précipitation jouera un rôle important dans la détermination de l'ampleur de ces changements dans les flux de COD de même que dans leurs variations interannuelles. Cependant, la réaction à plus long terme des sols et du flux de COD au réchauffement du climat sera contrôlée par les changements dans la végétation et les communautés microbiennes autant qu'elle sera le résultat direct des conditions de température et d'humidité.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2005

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