Oak contribution to litter nutrient dynamics in an Appalachian forest receiving elevated nitrogen and dolomite

Ecosystem nitrogen (N), phosphorus (P), and calcium (Ca) fluxes are affected by inputs of atmospheric N. Oak litter may additionally affect these fluxes because of its high-lignin content. We analyzed nutrient dynamics in ambient mixed-species litter in an aggrading hardwood stand at the Fernow Experimental Forest in West Virginia. We separated oak from the mix for analysis (oak) and compared it with total litter (all species) to understand how oak affects nutrient fluxes in the litter layer. The study was conducted under ambient atmospheric deposition, under elevated atmospheric deposition, and under elevated deposition plus mitigation with dolomite. N flux between litterfall and 12 months later indicated a net loss in all-species litter of up to 7.3 kg N ha–1 and a retention of up to 0.6 kg N ha–1 in oak. P flux included losses in all species in ambient and in dolomite treatments of up to 0.19 kg P ha–1 and gains of up to 0.12 kg P ha–1 in oak in all treatments. Oak mineralized Ca at an average across treatments of 4.6 kg Ca ha–1 compared with 16 kg Ca ha–1 in all species, with half of that when trees were dormant. Percent immobilization and release over initial litter were greater in oak than in all species, but nutrient fluxes were lower in oak than in all species because of low oak litter mass. Elevated deposition lowered N and increased P immobilization. Dolomite appeared to affect early N dynamics only. With an increase in litterfall mass when forests mature, these effects are also likely to increase. Résumé : Les apports d’azote atmosphérique influencent les flux d’azote, de phosphore et de calcium dans les écosystèmes. La litière de chêne peut elle aussi influencer ces flux à cause de son taux élevé de lignine. Nous avons analysé la dynamique des nutriments dans la litière ambiante d’espèces mélangées dans un jeune peuplement feuillu à la forêt expérimentale de Fernow, en Virginie-Occidentale. Nous avons extrait le chêne du mélange pour l’analyser séparément et nous l’avons comparé à la litière complète, c’est-à-dire contenant toutes les espèces, pour comprendre comment cette espèce influence le flux des nutriments dans la couche de litière. L’étude a été réalisée dans des conditions de dépôts atmosphériques ambiants et élevés ainsi que dans des conditions de dépôts atmosphériques élevés atténués avec de la dolomite. D’après le flux d’azote pendant la période de 12 mois qui a suivi la chute de litière, il y a eu une perte nette allant jusqu’à 7,3 kg N ha–1 en tenant compte de toutes les espèces et une rétention pouvant atteindre 0,6 kg N ha–1 dans le cas du chêne. En tenant compte de toutes les espèces, le flux de phosphore incluait des pertes qui ont pu atteindre 0,19 kg P ha–1 dans les conditions de dépôts ambiants et élevés avec de la dolomite mais il y eu des gains pouvant atteindre 0,12 kg P ha–1 dans le cas du chêne, peu importe les conditions de dépôt. Le chêne minéralisait 4,6 kg Ca ha–1 comparativement à 16 kg Ca ha–1 pour la litière complète, et la moitié de la minéralisation survenait pendant que les arbres étaient dormants. Les pourcentages d’immobilisation et de libération dans la litière initiale étaient plus élevés dans le cas du chêne comparativement à la litière complète mais les flux de nutriments étaient plus faibles dans le cas du chêne à cause de la faible masse de litière de cette espèce. Des dépôts élevés ont diminué l’immobilisation de l’azote et augmenté celle du phosphore. La dolomite a semblé avoir un effet seulement sur la dynamique initiale de l’azote. Ces effets ont aussi des chances de s’accentuer avec l’augmentation de la masse de litière lorsque les forêts deviendront matures. [Traduit par la Rédaction] Received 3 July 2008. Accepted 28 November 2008. Published on the NRC Research Press Web site at cjfr.nrc.ca on 8 May 2009. K.B. Piatek1 and P. Munasinghe. West Virginia University, Division of Forestry and Natural Resources, P.O. Box 6125, Morgantown, WV 26506, USA. W.T. Peterjohn and J.R. Cumming. West Virginia University, College of Arts and Sciences, P.O. Box 6057, Morgantown, WV 26506, USA. M.B. Adams. USDA Forest Service, The Northern Research Station, Timber and Watershed Laboratory, P.O. Box 404, Parsons, WV 26287, USA. 1Corresponding author (e-mail: [email protected]). 936 Can. J. For. Res. 39: 936–944 (2009) doi:10.1139/X09-028 Published by NRC Research Press