Nitrogen and calcium additions increase forest growth in northeastern USA spruce–fir forests

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Abstract:

We determined responses of red spruce (Picea rubens Sarg.) – balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.) forests to 6 years of nitrogen (N), calcium (Ca), and N + Ca treatments (100, 160, and 260kg·ha–1·year–1 of N, Ca, and N + Ca, respectively) in New York (NY) and New Hampshire (NH). Forest responses to Ca treatments were also determined in Vermont (VT). Nitrogen treatments increased aboveground net primary production (ANPP) by 33% and 25% above controls in NY and NH, respectively. Similarly, N + Ca treatments increased ANPP by 27% and 28% in NY and NH, respectively. Calcium treatments increased ANPP by 25% and 21% above controls in NY and VT. Calcium treatment did not increase ANPP in NH, suggesting N, but not Ca limitation. Leaf-litter quantity and quality, and soil C and N storage were greater in treated than in control plots. Fine-root mass and production did not differ among treatments. Trees, therefore, assimilated more soil nutrients without increasing root growth in treated plots. Red spruce ANPP, however, declined or remained unchanged in response to N and Ca additions. The equivalent of 68–102years of anthropogenic N addition to soils changed forest species composition without decreasing ANPP, and Ca additions did not prevent this change.

Nous avons déterminé la réaction de forêts d’épinette rouge (Picea rubens Sarg.) et de sapin baumier (Abies balsamea (L.) Mill.) après 6 années de traitements avec de l’azote (N), du calcium (Ca) et des mélanges de N + Ca (respectivement 100, 160 et 260 kg·ha–1·an–1 de N, Ca et N + Ca) dans les États de New York (NY) et du New Hampshire (NH). Les réactions de la forêt aux traitements avec Ca ont aussi été déterminées dans l’État du Vermont (VT). Les traitements avec N ont augmenté la productivité primaire nette aérienne (PPNA) dans les États de NY et du NH de respectivement 33% et 25% comparativement aux traitements témoins. De la même façon, le traitement avec N + Ca a augmenté la PPNA dans les États de NY et du NH de respectivement 27% et 28%. Le traitement avec Ca n’a pas augmenté la PPNA au NH, ce qui laisse croire à une déficience en N mais pas en Ca. La qualité et la quantité de litière de feuille ainsi que les stocks de Ca et de N étaient plus élevés dans les parcelles traitées que dans les parcelles témoins. La production et la masse de racines fines ne différaient pas selon le traitement. Par conséquent, les arbres dans les parcelles traitées ont assimilé plus de nutriments sans que la croissance des racines augmente. Cependant, la PPNA de l’épinette rouge a diminué ou est demeurée inchangée en réponse aux apports de N et de Ca. L’équivalent de 68 à 102 ans d’apport anthropogénique de N dans le sol a modifié la composition en espèces de la forêt sans diminuer la PPNA et les apports de Ca n’ont pas empêché ce changement.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2007

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