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Soil organic carbon dynamics along a climatic gradient in a southern Appalachian spruce–fir forest

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Abstract:

A field study was conducted in a high-elevation spruce–fir (Picea rubens Sarg.– Abies fraseri (Pursh.) Poir) forest in the Great Smoky Mountains National Park to assess the effect of temperature on soil C storage and dynamics. In eight plots along an elevation gradient (1500–1900m), we measured soil temperature, forest floor and mineral soil C, litter decomposition, soil respiration, and forest floor mean residence time. Mean annual soil temperature and annual degree-days above 5°C were inversely correlated with elevation. Total soil C (166–241 Mg·ha–1) showed no trend with elevation, while forest floor C accumulation (16.3–35.9 Mg·ha–1) decreased significantly with elevation. Carbon dynamics did not follow a consistent elevation pattern; however, the cooler upper elevations showed the lowest C turnover as indicated by the lowest needle decomposition rate (k = 0.0231·year–1) and the longest mean residence time of forest floor C (22years). Mean annual CO2 efflux from the soil (1020–1830kg C·ha–1·year–1) was negatively correlated with mean annual soil temperatures and annual degree-days above 5 °C. This gradient study offers useful insights into C release patterns under future warming scenarios, and suggests that the highest elevation may be most susceptible to global warming.

Une étude de terrain a été entreprise dans une forêt en haute altitude composée d’épinette et de sapin (Picea rubens Sarg. et Abies fraseri (Pursh.) Poir) située dans le parc national de Great Smoky Mountains pour évaluer l’effet de la température sur l’entreposage et la dynamique du C dans le sol. Dans huit parcelles établies le long d’un gradient altitudinal (1500 à 1900 m), nous avons mesuré la température du sol, la teneur en C de la couverture morte et du sol minéral, la décomposition de la litière, la respiration du sol et le temps de résidence moyen de la couverture morte. La température annuelle moyenne du sol et le nombre de degrés-jours au-dessus de 5 °C étaient inversement corrélés à l’altitude. La teneur totale en C du sol (166 à 241 Mg·ha–1) n’a montré aucune tendance avec l’altitude alors que l’accumulation de C dans la couverture morte (16,3 à 35,9 Mg·ha–1) diminuait de façon significative avec l’altitude. La dynamique du carbone ne suivait pas un patron altitudinal cohérent. Cependant, les températures froides des altitudes plus élevées étaient associées à un plus faible taux de renouvellement du C comme l’indiquent le taux de décomposition des aiguilles le plus faible (k = 0,0231·an–1) et le temps de résidence moyen du C de la couverture morte le plus long (22 ans). Le débit annuel moyen de CO2 en provenance du sol (1020 à 1830 kg C·ha–1·an–1) était négativement corrélé à la température annuelle moyenne du sol et au nombre de degrés-jours au-dessus de 5 °C. Cette étude de gradient donne un aperçu utile des patrons de libération de C en fonction de scénarios futurs de réchauffement et indique que les altitudes élevées peuvent être davantage affectées par le réchauffement global.

Document Type: Research Article

Publication date: 2007-07-01

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