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Calcium addition at the Hubbard Brook Experimental Forest reduced winter injury to red spruce in a high-injury year

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Abstract:

Laboratory experiments have verified that acid-deposition-induced calcium (Ca) leaching reduces the foliar cold tolerance of red spruce (Picea rubens Sarg.) current-year foliage, increasing the risk of winter injury and crown deterioration. However, to date no studies have shown that ambient losses in soil Ca have resulted in increased winter injury in the field. In 2003, a year of severe region-wide winter injury to red spruce, we measured the nutrition and winter injury of current-year foliage and bud mortality for red spruce on two watersheds at the Hubbard Brook Experimental Forest in Thornton, New Hampshire: (1) a reference watershed that has undergone considerable Ca loss attributed to acid-deposition-induced leaching and (2) a watershed that was fertilized with CaSiO3 in 1999 to replace lost Ca. For all crown classes combined, winter injury was significantly greater (P = 0.05) for red spruce on the reference watershed than for spruce on the Ca-addition watershed. Differences in foliar injury were particularly evident for dominant and codominant trees. For these crown classes, red spruce on the reference watershed lost about 75% of their current-year foliage to winter injury, about three times more than foliar losses for the Ca-addition watershed (P = 0.01). Patterns of bud mortality followed that of foliar injury. The only difference in foliar cation nutrition detected was a significantly greater concentration of Ca in red spruce foliage from the Ca-addition watershed relative to spruce from the reference watershed (P = 0.001). Differences in Ca concentration, foliar winter injury, and bud mortality that occurred coincident with watershed Ca treatment provide the first evidence that ambient Ca depletion is associated with elevated winter injury of red spruce trees.

Des expériences en laboratoire ont démontré que le lessivage du calcium (Ca) causé par les dépôts acides diminue la tolérance au froid du feuillage de l'année de l'épinette rouge (Picea rubens Sarg.), ce qui augmente les risques de dommages causés par le froid et de dépérissement de la cime. Cependant, à ce jour aucune étude n'a démontré que les pertes ambiantes de Ca dans le sol ont eu pour effet d'accroître les dommages dus au froid sur le terrain. En 2003, une année où l'épinette rouge a subi des dommages sévères dus au froid dans l'ensemble de la région, nous avons mesuré les nutriments et les dommages causés par le froid au feuillage de l'année ainsi que la mortalité des bourgeons de l'épinette rouge dans deux bassins versants à la Forêt expérimentale de Hubbard Brook à Thornton, au New Hampshire : un bassin versant témoin qui a subi des pertes considérables de Ca à cause du lessivage dû aux dépôts acides et un autre bassin qui a été fertilisé avec du CaSiO3 en 1999 pour remplacer le Ca perdu. Pour toutes les classes de cime combinées, les dommages dus au froid étaient significativement plus sévères (P = 0,05) chez les épinettes rouges du bassin témoin que chez celles du bassin fertilisé en Ca. La différence dans la sévérité des dommages foliaires était particulièrement évidente chez les arbres dominants et codominants. Dans ces classes de cime, les épinettes rouges du bassin témoin avaient perdu environ 75 % de leur feuillage de l'année à cause des dommages dus au froid, soit environ trois fois plus de pertes de feuillage que dans le bassin fertilisé en Ca (P = 0,01). Les patrons de mortalité des bourgeons suivaient ceux des dommages foliaires. La seule différence qui a été détectée dans la nutrition foliaire en cation était une concentration significativement plus grande de Ca dans le feuillage des épinettes rouges du bassin fertilisé en Ca comparativement aux épinettes du bassin témoins (P = 0,001). Les différences dans la concentration en Ca, les dommages foliaires causés par le froid et la mortalité des bourgeons qui coïncident avec l'apport de Ca dans un bassin versant constituent la première preuve que la perte de Ca ambiant est associée à l'augmentation des dommages causés par le froid chez l'épinette rouge.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2006-10-01

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