Influence of fire and harvest on soil organic carbon in jack pine sites

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Abstract:

Boreal forest soils represent a considerable reservoir of carbon on a global basis. The objective of this study was to compare the response of soil organic carbon (OC) to disturbance along two jack pine (Pinus banksiana Lamb.) chronosequences of either fire or harvest origin. Total OC stocks were determined for the A and B horizons, and results indicated a recovery to predisturbance levels by 30years in both chronosequences. To further characterize OC composition at all sites, we used a combination of physical fractionation of soil OC pools, 13C isotopic determination, and cross-polarization magic-angle spinning 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. OC within all soils was dominated by a labile pool associated with the coarse-sand fraction. The relative importance of this labile pool increased with time since disturbance along both chronosequences. However, the fire and harvested sites differed in terms of the macromolecular composition of soil OC as determined by NMR. In particular, spectra of the forest floors from the two younger fire sites showed a high aromatic OC intensity that may be attributed to the presence of char. Interestingly, our results also indicated that with increasing time since fire, this char was transferred from the forest floors to the A horizons.

Globalement, les sols de la forêt boréale constituent un immense réservoir de carbone. L’objectif de cette étude était de comparer le sort du carbone organique (CO) dans le sol à la suite de perturbations dans deux chronoséquences de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) issues soit d’un feu, soit d’une coupe. Les stocks de CO total ont été déterminés pour les horizons A et B. Les résultats indiquent un retour aux niveaux qui existaient avant les perturbations après environ 30 ans dans les deux chronoséquences. Nous avons eu recours à une combinaison de fractionnement physique des réservoirs de CO dans le sol: la mesure isotopique de 13C, la polarisation croisée et la rotation à l’angle magique en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), pour caractériser de façon plus complète la composition du CO dans toutes les stations. Un réservoir labile de CO associé à la fraction de sable grossier dominait dans tous les sols. L’importance relative de ce réservoir labile augmentait avec le temps écoulé depuis la perturbation dans les deux chronoséquences. Les stations perturbées par le feu ou la coupe différaient cependant en termes de composition macromoléculaire du CO dans le sol selon la RMN. Plus particulièrement, les spectres de la couverture morte dans les deux plus jeunes stations perturbées par le feu révélaient une forte intensité de CO aromatique qui peut être attribué à la présence de charbon. Il est intéressant de constater que nos résultats indiquent également que ce charbon est transféré de la couverture morte à l’horizon A avec le temps.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2009

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