Relationships among forest soil C isotopic composition, partitioning, and turnover times


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Abstract

The purpose of this research was to test the hypothesis that vertical enrichment of soil δ13C values is related to rates of soil C turnover in undisturbed, mature forest ecosystems. Soil C and N were measured at nine sites along an altitudinal gradient in the southern Appalachian Mountains (Tennessee and North Carolina, USA). Measurements indicated greater labile and total soil C stocks with increasing altitude. Laboratory incubations (3 days) of rewetted, air-dry soils indicated potential soil C mineralization (µg CO2 produced·g−1 soil C) declined with elevation. A principal component analysis indicated N availability increased with altitude. At each site, there was a significant relationship between δ13C and log-transformed C concentrations in the soil profile (30 cm deep). Enrichment factors (ε) from the Rayleigh equation were also equally useful for describing soil δ13C profiles at each site. Soil C partitioning and turnover times along the gradient were correlated with 13C-enrichment factors. Greater rates of change in δ13C through the soil profile were correlated with faster soil C turnover. Environmental factors, soil C partitioning, and the rate of vertical change in soil 13C abundance are interrelated such that δ13C measurements are a potential indicator of C dynamics in undisturbed forest soils.RésuméL'objectif de cette recherche consistait à tester l'hypothèse selon laquelle l'enrichissement vertical des valeurs de δ13C dans le sol est relié au taux de renouvellement de C dans le sol des écosystèmes forestiers matures non perturbés. Les teneurs en C et N du sol ont été mesurées dans neuf stations le long d'un gradient altitudinal dans la partie sud des Appalaches (Tennessee et Caroline du Nord, États-Unis). Les mesures ont montré que les stocks de C labile et total dans le sol augmentaient avec l'altitude. Des incubations en laboratoire (3 jours) de sols séchés à l'air libre et réhumidifiés ont montré que la minéralisation potentielle de C dans le sol (µg CO2 produit·g−1 de C dans le sol) diminuait avec l'altitude. Une analyse en composantes principales a montré que la disponibilité de N augmentait avec l'altitude. Dans chaque station, il y avait une relation significative entre les valeurs de δ13C et le logarithme des concentrations de C dans le profil de sol (30 cm de profondeur). Les facteurs d'enrichissement (ε), selon l'équation de Rayleigh, étaient également utiles pour décrire le profil de δ13C dans chaque station. La répartition et le temps de renouvellement de C dans le sol le long du gradient étaient corrélés avec les facteurs d'enrichissement de 13C. Des taux plus élevés de changement de δ13C dans le profil de sol étaient corrélés avec un renouvellement plus rapide de C dans le sol. Les facteurs environnementaux, la répartition de C dans le sol et le taux de changement vertical de l'abondance de 13C sont reliés de telle sorte que les mesures de δ13C constituent un indicateur potentiel de la dynamique de C dans les sols forestiers non perturbés.[Traduit par la Rédaction]

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