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Effects of experimental freezing on soil nitrogen dynamics in soils from a net nitrification gradient in a nitrogen-saturated hardwood forest ecosystem

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Abstract:

This study examined effects of soil freezing on N dynamics in soil along an N processing gradient within a mixed hardwood dominated watershed at Fernow Experimental Forest, West Virginia. Sites were designated as LN (low rates of N processing), ML (moderately low), MH (moderately high), and HN (high). Soils underwent three 7-day freezing treatments (0,–20, or–80°C) in the laboratory. Responses varied between temperature treatments and along the gradient. Initial effects differed among freezing treatments for net N mineralization, but not nitrification, in soils across the gradient, generally maintained at LN< ML≤ MH< HN for all treatments. Net N mineralization potential was higher following freezing at–20 and–80°C than control; all were higher than at 0°C. Net nitrification potential exhibited similar patterns. LN was an exception, with net nitrification low regardless of treatment. Freezing response of N mineralization differed greatly from that of nitrification, suggesting that soil freezing may decouple two processes of the soil N cycle that are otherwise tightly linked at our site. Results also suggest that soil freezing at temperatures commonly experienced at this site can further increase net nitrification in soils already exhibiting high nitrification from N saturation.

Nous avons étudié les effets du gel du sol sur la dynamique de N dans le sol le long d’un gradient de transformation de N dans un bassin versant dominé par des feuillus mélangés à la Forêt expérimentale de Fernow, en Virginie-Occidentale. Les stations ont été classées sur la base du taux de transformation de N: LN (faible), ML (modérément faible), MH (modérément élevé) et HN (élevé). Les sols ont subi trois périodes de gel de 7 jours (0, –20 ou–80°C) en laboratoire. Les réactions ont varié selon la température ainsi que le long du gradient. Les effets initiaux étaient différents selon l’intensité du gel dans le cas de la minéralisation nette mais pas dans le cas de la nitrification dans les sols le long du gradient qui s’est généralement maintenu à LN< ML< MH< HN avec tous les traitements. Le potentiel de minéralisation nette de N était plus élevé à la suite d’un gel à –20 et –80°C que chez le témoin et plus élevé qu’à 0°C dans tous ces traitements. Le potentiel de nitrification nette suivait le même patron. La station LN faisait exception: la nitrification nette était faible peu importe le traitement. La réponse de la minéralisation de N au gel était très différente de celle de la nitrification, indiquant que le gel du sol peut découpler deux processus du cycle de N dans le sol qui sont par ailleurs étroitement reliés dans notre site. Les résultats indiquent aussi que le gel du sol à des températures qui surviennent couramment dans ce site peut augmenter davantage la nitrification nette dans les sols où la nitrification est déjà élevée à cause de la saturation en N.

Document Type: Research Article

Publication date: March 1, 2010

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nrc/cjfr/2010/00000040/00000003/art00004
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