Water table depth affects productivity, water use, and the response to nitrogen addition in a savanna system


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Abstract

We investigated annual aboveground net primary productivity (ANPP) and transpiration (E) of the dominant plant life forms, longleaf pine (Pinus palustris Mill.) trees and wiregrass (Aristida stricta Michx.), in a fire-maintained savanna. Experimental plots spanned a natural hydrologic gradient (xeric and mesic site types) mediated by soil moisture (θ) and water table depth (WTD), and received additions of either 0 or 100kg N·ha−1·year−1. Low rates of ANPP (1.3–2.2 Mg·ha−1) and annual E (108–380mm) were observed in these communities. WTD and N addition explained 95% of the variation in community ANPP, whereas site type and WTD explained 83% of variation in community E. Between tree and grass life forms, longleaf pine ANPP was more coupled to WTD than wiregrass. For any given leaf area supported, ANPP of longleaf pine increased linearly with increasing water use and decreasing WTD. The longleaf pine ANPP response to N addition was greater in sites with high water use compared with those with low water use, indicating that this savanna system is colimited by nutrient and water availability and that water table depth plays a role in regulating savanna productivity.RésuméNous avons étudié la productivité primaire nette de la partie aérienne (PPNA) et la transpiration (E) annuelles des espèces végétales dominantes (pin des marais (Pinus palustris Mill.) et aristide des pinèdes (Aristida stricta Michx.)) dans une savane maintenue par le feu. Les parcelles expérimentales couvraient un gradient hydrique naturel (types de station xérique et mésique), engendré par la teneur en eau du sol (θ) et la profondeur de la nappe phréatique (PNP), et ont reçu des amendements de 0 ou 100 kg N·ha−1·an−1. Nous avons observé de faibles taux annuels de PPNA (1,3 à 2,2 Mg·ha−1) et de E (108 à 380 mm) dans ces communautés. La PNP et l'amendement en N ont expliqué 95% de la variation de la PPNA de la communauté alors que le type de station et la profondeur de la NP ont expliqué 83% de la variation de la E de la communauté. Considérant la différence entre les espèces végétales herbacée et arborescente, la PPNA du pin des marais était davantage reliée à la PNP que l'était celle de l'aristide des pinèdes. Pour toutes les valeurs de surface foliaire, la PPNA du pin des marais augmentait linéairement avec une augmentation de l'utilisation de l'eau et une diminution de la PNP. La réaction de la PPNA du pin des marais à l'amendement en N était plus prononcée dans les stations caractérisées par une grande utilisation de l'eau comparativement aux stations où il y avait une faible utilisation de l'eau. Ce résultat indique que ce système de savane est limité conjointement par la disponibilité en nutriments et en eau et que la profondeur de la nappe phréatique joue un rôle régulateur sur la productivité de la savane.

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