Dissolved organic carbon from European beech logs: Patterns of input to and retention by surface soil

Abstract

The flux of dissolved organic carbon (DOC) from aboveground litter into the soil is generally considered an important pathway for carbon transport. However, the extent to which dead wood, a highly concentrated source of carbon (C), may contribute not only to this flux but also to the accumulation of soil organic carbon (SOC) is still unknown. Here, concentrations and fluxes of DOC in solution beneath 5 logs of Fagus sylvatica were quantified using tension lysimeters. Soil samples beneath and adjacent to an additional 18 logs were analyzed for SOC. Concentrations of stable C isotopes were determined in wood of logs, DOC, and SOC to follow the fate of C from logs to the soil. Mean DOC concentrations in soil solution beneath logs were highly variable and ranged between 11.6 ± 5.8 mgL⁻¹ (± SD) and 696 ± 654 mg·L-1, while beneath litter without logs the DOC concentrations had an average value of 10 ± 3 mg·L-1. Peak DOC concentrations beneath logs reached 4317 mg·L-1. At 0–20 cm soil depth, SOC concentrations and SOC pools beneath logs were not higher than for control soils. The difference in the composition of stable C isotopes between wood (-25.5 ± 1.0%o) and litter (-28.4 ± 0.2%o) was maintained in DOC and SOC beneath respective substrates. A calculated amount of 20.5 ± 13.6% of the original SOC within 0–20 cm mineral soil was exchanged over a period of 17 ± 8 y by C from logs. However, despite the increased DOC fluxes, SOC pools beneath logs did not increase.

Résumé

On considère en général que le flux de carbone organique dissous (COD) de la litière vers le sol est une importante voie de transfert du carbone. Cependant, on ne sait pas dans quelle mesure le bois mort, une source très concentrée de carbone (C), contribue non seulement à ce flux, mais également à l'accumulation de carbone organique dans le sol (COS). Les concentrations et flux de COD dans le sol en solution sous 5 Fagus sylvatica morts au sol ont été quantifiés en utilisant des lysimètres à tension. Le COS a été analysé dans des échantillons de sol récoltés près et sous 18 arbres morts supplémentaires. Les concentrations d'isotopes stables de C ont été mesurées dans le bois mort, le COD et le COS afin de suivre le trajet de C entre le bois et le sol. Les concentrations moyennes de COD dans le sol en solution sous le bois mort étaient très variables allant de 11.6 ± 5.8 mgL⁻¹ à 696 ± 654 mgL⁻¹, alors qu'en l'absence de bois mort la concentration moyenne de COD sous la litière était de 10 ± 3 mgL⁻¹. La concentration maximale de COD sous le bois mort atteignait 4317 mg·L⁻¹. Entre 0 et 20 cm, les concentrations et réservoirs de COS dans le sol n'étaient pas plus élevés sous le bois mort que dans les sols contrôles. La différence dans la composition d'isotopes stables de C entre le bois (-25.5 ± 1.0 %₀) et la litière (-28.4 ± 0.2%⁰) était maintenue pour le COD et le COS sous ces substrats respectifs. Nous avons calculé qu'entre 0 et 20 cm dans le sol minéral, 20.5 ± 13.6 % du COS d'origine a été échangé pour du C provenant du bois mort sur la durée de 17 ± 8 ans. Toutefois, malgré des flux de COD plus importants sous le bois mort, les réservoirs de COS dans le sol n'ont pas augmenté.

Keywords:

• coarse woody debris
• dendrochronology
• paired t-test
• stable carbon isotopes
• tension lysimeter
• unmanaged forest

Mots-clés:

• débris ligneux grossiers
• dendrochronologie
• forêt non aménagée
• isotopes stables du carbone
• lysimètre à tension
• test t pour échantillons appariés