Influence of moisture regime and tree species composition on nitrogen cycling dynamics in hardwood forests of Mammoth Cave National Park, Kentucky, USA

Eric S. Fabio, Mary A. Arthur, Charles C. Rhoades
2009 Canadian Journal of Forest Research  
Understanding how natural factors interact across the landscape to influence nitrogen (N) cycling is an important focus in temperate forests because of the great inherent variability in these forests. Site-specific attributes, including local topography, soils, and vegetation, can exert important controls on N processes and retention. Seasonal monitoring of N cycling dynamics was carried out for 2 years in deciduous forest stands that differed in soil moisture status and geologic substrate, and
more » ... ogic substrate, and thus, in tree species composition to determine the effects of tree species composition, mediated by moisture and soil chemistry, on N cycling. Geologic substrate influenced soil and soil leachate chemistry but did not appear to affect N cycling in the upper 10 cm. Moisture status was strongly correlated with tree species composition, which was significantly related to N cycling parameters. Sugar maple was associated with high net nitrification rates and soil solution NO3 concentrations, whereas in oak stands nitrification was low and soil solution NO3 was at or near detection limits. Tree species composition in the understory suggests that sugar maple may be increasing in mesic sites and that oak regeneration in all sites is very limited, and a shift in species composition could result in changes to N retention and export. Résumé : Il est important de comprendre comment les facteurs naturels interagissent dans le paysage et influencent le recyclage de l'azote (N) dans les forêts tempérées étant donné la grande variabilité inhérente à ces forêts. Les attributs propres à chaque station, incluant la topographie, les sols et la végétation, peuvent exercer un contrôle significatif sur les processus et la rétention de N. Un suivi saisonnier de la dynamique du recyclage de N a été effectué pendant 2 ans dans des peuplements de forêt feuillue avec une humidité du sol et un substrat géologique différents et, par conséquent, différentes compositions en espèces d'arbres. L'objectif consistait à déterminer les effets de la composition en espèces d'arbres sur le recyclage de N, par l'intermédiaire de l'humidité et des caractéristiques chimiques du sol. Le substrat géologique influençait les caractéristiques chimiques du sol et du lessivat dans le sol mais ne semblait pas affecter le recyclage de N dans les 10 premiers centimètres. Le statut hydrique était étroitement corrélé avec la composition en espèces d'arbres, laquelle était significativement reliée aux paramètres du recyclage de N. L'érable à sucre était associée à des taux nets de nitrification et des concentrations de NO 3 dans la solution du sol élevés alors que la nitrification était faible et que la quantité de NO 3 dans la solution du sol était au seuil de détection ou le dépassait à peine dans les peuplements de chênes. La composition en espèces d'arbres dans le sous-bois indique que la proportion d'érable à sucre est probablement en train d'augmenter dans les stations mésiques, que la régénération de chêne est très faible dans toutes les stations et qu'un changement dans la composition en espèces pourrait entraîner des changements dans la rétention et l'exportation de N. [Traduit par la Rédaction]
doi:10.1139/x08-182 fatcat:llgkmvckybc7pesxlsydpo3ib4