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Declines in soil-water nitrate in nitrogen-saturated watersheds

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Two forested watersheds (WS3 and WS9) in the central Appalachians were artificially acidified with ammonium sulfate fertilizer. WS9 was treated for 8 years, whereas WS3 has been treated for approximately 15 years. Soil leachate was collected from a depth of 46 cm (B horizon) in WS9 and below the A, B, and C horizons in WS3. Nitrate concentrations from WS3 increased for approximately 10–12 years (depending upon horizon) and then did not increase from 2000 through 2003 despite continued fertilizer treatments. Nitrate concentrations in WS9 soil water increased for the first 3 years of fertilization, and then declined for another 2 years. After that time, the concentrations remained relatively constant at approximately 15 µequiv.·L–1; this period of low nitrate concentrations included 2.3 years of fertilization followed by 8.2 years of no fertilization. Stream-water nitrate concentrations from both watersheds indicate they were in stage 2 of nitrogen saturation; however, the soil-water nitrate behavior observed within the setting of continued elevated nitrogen inputs is at odds with responses predicted in current nitrogen saturation theory. We believe that the cessation of nitrate increases in at least the B and C horizons were due primarily to abiotic retention, with recalcitrant forms of dissolved organic carbon providing the carbon needed to induce retention. These results show that nitrogen cycling in forest soil ecosystems is more complex than current nitrogen saturation theory suggests.

Deux bassins versants boisés (WS3 et WS9) dans les Appalaches centrales ont été artificiellement acidifiés par une fertilisation au sulfate d'ammonium. Le bassin WS9 a été traité pendant huit ans tandis que le bassin WS3 a été traité pendant approximativement 15 ans. Le lessivat du sol a été collecté à une profondeur de 46 cm (horizon B) dans le bassin WS9 et sous les horizons A, B et C dans le bassin WS3. La concentration de nitrates a augmenté dans le bassin WS3 pendant approximativement 10–12 ans (dépendamment de l'horizon) et n'a pas augmenté par la suite de 2000 à 2003 malgré la poursuite de la fertilisation. La concentration de nitrates dans l'eau du sol du bassin WS9 a augmenté pendant les trois premières années de fertilisation et par la suite a diminué pendant deux autres années. Ensuite, la concentration est demeurée relativement constante à environ 15 µéquiv.·L–1; cette période de faible concentration de nitrates incluait 2,3 ans de fertilisation suivie de 8,2 ans sans fertilisation. La concentration de nitrates dans l'eau des cours d'eau des deux bassins versants indique qu'ils étaient au stade 2 de saturation en azote. Cependant, le comportement des nitrates dans l'eau du sol observé en situation d'apport élevé continu d'azote ne correspond pas aux réponses que prédit la théorie actuelle de la saturation en azote. Les auteurs croyent que l'arrêt de l'augmentation des nitrates, au moins dans les horizons B et C, était dû principalement à la rétention abiotique par des formes récalcitrantes de carbone organique dissout qui fournissent le carbone nécessaire pour induire la rétention. Ces résultats montrent que le recyclage de l'azote dans les écosystèmes des sols forestiers est plus complexe que le suggère la théorie actuelle de la saturation en azote.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2006

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