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Tree species and soil nutrient profiles in old-growth forests of the Oregon Coast Range

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Abstract:

Old-growth forests of the Pacific Northwest provide a unique opportunity to examine tree species– soil relationships in ecosystems that have developed without significant human disturbance. We characterized foliage, forest floor, and mineral soil nutrients associated with four canopy tree species (Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco), western hemlock (Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg.), western redcedar (Thuja plicata Donn ex D. Don), and bigleaf maple (Acer macrophyllum Pursh)) in eight old-growth forests of the Oregon Coast Range. The greatest forest floor accumulations of C, N, P, Ca, Mg, and K occurred under Douglas-fir, primarily due to greater forest floor mass. In mineral soil, western hemlock exhibited significantly lower Ca concentration and sum of cations (Ca+ Mg+ K) than bigleaf maple, with intermediate values for Douglas-fir and western redcedar. Bigleaf maple explained most species-based differences in foliar nutrients, displaying high concentrations of N, P, Ca, Mg, and K. Foliar P and N:P variations largely reflected soil P variation across sites. The four tree species that we examined exhibited a number of individualistic effects on soil nutrient levels that contribute to biogeochemical heterogeneity in these ecosystems. Where fire suppression and long-term succession favor dominance by highly shade-tolerant western hemlock, our results suggest a potential for declines in both soil Ca availability and soil biogeochemical heterogeneity in old-growth forests.

Les forêts anciennes du Pacific Northwest offrent une occasion unique d’étudier les relations entre l’espèce d’arbre et le sol dans des écosystèmes qui se sont développés sans avoir été perturbés de façon significative par l’activité humaine. Nous avons caractérisé les nutriments dans le feuillage, la couverture morte et le sol minéral associés à quatre espèces qui forment le couvert : le douglas de Menzies (Pseudotsuga menziesii (Mirbel) Franco), la pruche de l’Ouest (Tsuga heterophylla (Raf.) Sarg.), le thuya géant (Thuja plicata Donn ex D. Don) et l’érable à grandes feuilles (Acer macrophyllum Pursh), dans huit forêts anciennes de la chaîne côtière de l’Oregon. Les plus fortes accumulations de C, N, P, Ca, Mg et K dans la couverture morte se retrouvaient sous le douglas de Menzies, surtout à cause de la plus grande masse de couverture morte. Dans le sol minéral, la quantité de Ca et la somme des cations (Ca+ Mg+ K) étaient significativement plus faibles sous la pruche de l’Ouest que sous l’érable à grandes feuilles alors que ces valeurs étaient intermédiaires sous le douglas de Menzies et le thuya géant. Avec des concentrations foliaires élevées de N, P, Ca, Mg et K, l’érable à grandes feuilles expliquait la plupart des différences spécifiques dans les nutriments foliaires. Le P foliaire et les variations du rapport N:P reflétaient largement la variation de P dans le sol entre les stations. Chaque espèce d’arbre que nous avons étudiée avait des effets distincts sur les niveaux de nutriments dans le sol qui contribuaient à l’hétérogénéité biogéochimique dans ces écosystèmes. Dans les endroits où la suppression du feu et la succession à long terme favorisent la dominance de la pruche de l’Ouest, qui est très tolérante à l’ombre, nos résultats laissent entrevoir la possibilité d’un déclin de la disponibilité du Ca dans le sol et d’une réduction de l’hétérogénéité biogéochimique du sol.

Document Type: Research Article

Publication date: 2011-01-01

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