Key interactions between nutrient limitation and climatic factors in temperate forests: a synthesis of the sugar maple literature

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Abstract:

Mineral stress (nutrient deficiency and (or) ion toxicity) is a widespread phenomenon in forests around the world. However, with the exception of N limitation, its significance is often under appreciated. On weathered, acidic soils that support many of the world’s forests, P, Ca, and Mg deficiencies and toxicities of Al and Mn are important constraints to forest productivity. Nutrient resources are a primary controller of forest function and structure and have important trophic implications, because foliar nutrient status is an important determinant of leaf palatability and consumer fitness. Nutrient acquisition and utilization in forest ecosystems is strongly influenced by environmental factors, which are changing at unprecedented rates with regional and global climate shifts. Here we examine nutrient limitations common to temperate, sugar maple (Acer saccharum Marsh.) dominated forests as a model for understanding how climatic factors influence the acquisition and utilization of nutrient resources in forest ecosystems. In general, foliar nutrient imbalances created by soil weathering and acidification impair sugar maple physiology and correlate with health decline symptoms. Extremes in light environment, temperature, precipitation, pathogen attack, and herbivory tend to induce and (or) negatively interact with nutrient imbalances in sugar maple. A conceptual model is presented that characterizes abiotic and biotic interactions influencing sugar maple health and fitness in the context of nutrient limitation.

Le stress minéral (déficience nutritionnelle et toxicité ionique) est un phénomène répandu dans les forêts autour du globe. Cependant, à l’exception de la déficience en N, son importance est souvent sous-estimée. Sur les sols acides, altérés par l’action des agents atmosphériques, qui supportent plusieurs des forêts du globe, les déficiences en P, Ca et Mg ainsi que les toxicités causées par Al et Mn constituent d’importants obstacles à la productivité de la forêt. Les ressources nutritives sont d’importants déterminants de la structure et de la fonction de la forêt et ont d’importantes implications trophiques étant donné que le statut des nutriments foliaires est un déterminant majeur de la sapidité des feuilles et de l’état de santé des consommateurs. Le prélèvement et l’utilisation des nutriments dans les écosystèmes forestiers sont fortement influencés par les facteurs environnementaux qui changent à un rythme sans précédent à cause des changements climatiques à l’échelle régionale et globale. Nous examinons ici les déficiences nutritionnelles communes aux forêts tempérées dominées par l’érable à sucre (Acer saccharum Marsh.) en tant que modèle pour comprendre comment les facteurs climatiques influencent le prélèvement et l’utilisation des ressources nutritives dans les écosystèmes forestiers. En général, les déséquilibres nutritionnels foliaires provoqués par l’acidification du sol et son altération par l’action des agents atmosphériques sont corrélés avec les symptômes de déclin de la santé. Les conditions extrêmes de lumière, de température, de précipitation, les attaques sévères par des agents pathogènes et des organismes herbivores ont tendance à provoquer et à interagir négativement avec les déséquilibres nutritionnels chez l’érable à sucre. Nous présentons un modèle conceptuel pour caractériser les interactions abiotiques et biotiques qui influencent la santé et la robustesse de l’érable à sucre dans un contexte de déficience nutritionnelle.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2008

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