Soil carbon and nitrogen pools in mid- to late-successional forest stands of the northwestern United States: potential impact of fire


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Abstract

When sampling woody residue (WR) and organic matter (OM) present in forest floor, soil wood, and surface mineral soil (0–30 cm) in 14 mid- to late-successional stands across a wide variety of soil types and climatic regimes in the northwestern USA, we found that 44%–84% of carbon (C) was in WR and surface OM, whereas >80% of nitrogen (N) was in the mineral soil. In many northwestern forests fire suppression and natural changes in stand composition have increased the amounts of WR and soil OM susceptible to wildfire losses. Stands with high OM concentrations on the soil surface are at greater risk of losing large amounts of C and N after high-severity surface fires. Using the USDA Forest Service Regional Soil Quality Standards and Guidelines, we estimate that 6%–80% of the pooled C to a mineral-soil depth of 30 cm could be lost during a fire considered detrimental to soil productivity. These estimates will vary with local climatic regimes, fire severity across the burned area, the size and decay class of WR, and the distribution of OM in the surface organic and mineral soil. Estimated N losses due to fire were much lower (<1%–19%). Further studies on the amounts and distribution of OM in these stands are needed to assess wildfire risk, determine the impacts of different fire severities on WR and soil OM pools, and develop a link between C and N losses and stand productivity.RésuméAprès avoir échantillonné les débris ligneux (DL) et la matière organique du sol (MO) présents dans la couverture morte, les billes au sol et le sol minéral de surface (0–30 cm) dans 14 peuplements entre les stades intermédiaire et final de succession, établis sur une variété de types de sol et soumis à différents régimes climatiques dans le nord-ouest des États-Unis, nous avons trouvé que 44% à 84% du carbone (C) se retrouvait dans les DL et la MO en surface tandis que plus de 80% de l'azote (N) se retrouvait dans le sol minéral. Dans plusieurs forêts du nord-ouest, la lutte contre les incendies de forêt et les changements naturels dans la composition des peuplements ont eu pour effet d'augmenter la quantité de DL et de MO qui peut être perdue à cause des incendies de forêt. Les peuplements qui ont des concentrations élevées de MO à la surface du sol ont plus de chances de perdre de grandes quantités de C et de N après un feu de surface de forte sévérité. Selon le guide de la qualité des sols du Service forestier américain, nous estimons que 6% à 80% du réservoir de C jusqu'à 30 cm dans le sol minéral pourrait être perdu lors d'un incendie considéré comme néfaste pour la productivité du sol. Ces estimations devraient varier selon le régime climatique local, la sévérité du feu dans la zone brûlée, la dimension et la classe de décomposition des DL et la répartition de la MO dans les portions organique et minérale du sol de surface. Les pertes estimées de N dues au feu étaient beaucoup plus faibles (< 1% à 19%). D'autres études sur la quantité et la répartition de la MO dans ces peuplements sont nécessaires pour évaluer le risque d'incendie de forêt, déterminer les impacts de différentes sévérités du feu sur les DL et les réservoirs de MO du sol ainsi que pour établir un lien entre les pertes de C et de N et la productivité des peuplements.[Traduit par la Rédaction]

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