Chlorophyll fluorescence response of red spruce and balsam fir to a watershed calcium fertilization experiment in New Hampshire


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Abstract

Decreases in soil exchangeable calcium (Ca) due to acid deposition have been linked with declines of forest species in the northeastern United States, particularly red spruce (Picea rubens Sarg.). In 2005, chlorophyll fluorescence measurements were taken on red spruce and balsam fir (Abies balsamea (L.) Mill.) trees growing on two watersheds at the Hubbard Brook Experimental Forest (HBEF) in New Hampshire. One watershed had been fertilized with CaSiO3 in 1999 to replace the soil Ca losses of the past 50 years, and the other was a reference watershed. In March, there were no differences in any chlorophyll fluorescence parameter between sites or species. In August, however, dark-adapted ratios of variable fluorescence to maximum fluorescence (Fv/Fm) were significantly greater (p = 0.05) in the Ca-treated watershed for both spruce and fir, and spruce values were significantly greater than fir. No differences were found in the light-adapted fluorescence parameters. These results suggest that both spruce and fir respond to increases in Ca availability, even though fir does not exhibit the decline symptoms seen in spruce. It is unclear what physiological effect is responsible for the observed differences in Fv/Fm. The Fv/Fm values appear to respond to differences in Ca availability in forest tree species; thus, the ratio has the potential to be used in these two watersheds at HBEF to determine if other forest species are also responding to Ca additions.RésuméDes diminutions de calcium (Ca) échangeable du sol attribuables à des dépôts acides ont été reliées au déclin d'espèces forestières du nord-est des États-Unis, particulièrement l'épinette rouge (Picea rubens Sarg.). En 2005, des mesures de fluorescence de la chlorophylle ont été réalisées sur des épinettes rouges et des sapins baumiers (Abies balsamea (L.) Mill.) croissant dans deux bassins versants de la Forêt expérimentale de Hubbard Brook située au New Hampshire. Un bassin versant a été fertilisé avec du CaSiO3 en 1999 de façon à remplacer les pertes de Ca du sol au cours des 50 dernières années alors que l'autre bassin versant a été utilisé comme témoin. Au mois de mars, il n'y avait aucune différence entre les stations ou les espèces pour aucun des paramètres de fluorescence de la chlorophylle. Cependant, au mois d'août, les valeurs de Fv/Fm adaptées à l'obscurité des épinettes et des sapins établis dans le bassin versant fertilisé avec du Ca étaient significativement plus élevées (p = 0,05) que celles du témoin et les valeurs associées à l'épinette étaient significativement plus élevées que celles du sapin. Aucune différence n'a été observée dans le cas des paramètres de fluorescence adaptés à la lumière. Ces résultats indiquent que l'épinette et le sapin réagissent à une augmentation de la disponibilité en Ca même si le sapin ne montre pas les symptômes de déclin observés chez l'épinette. La cause physiologique responsable des différences observées de Fv/Fm reste à être déterminée. Le rapport Fv/Fm des espèces forestières semble réagir en fonction de la disponibilité en Ca. Par conséquent, le rapport Fv/Fm pourrait être utilisé à la Forêt expérimentale de Hubbard Brook pour déterminer si d'autres espèces forestières réagissent à la fertilisation avec du Ca.

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