Microclimatic response to increasing shrub cover and its effect on Sphagnum CO₂ exchange in a bog

Abstract

We examined the effect of long-term nitrogen (plus phosphorus and potassium) fertilization, resulting in increased shrub cover, on seasonal changes in understory light, soil temperature, and soil moisture in an ombrotrophic bog. An increase in leaf area index (LAI) was negatively correlated with light transmission through the canopy, decreasing photosynthetically active radiation (PAR) reaching the peat surface by up to an average of 77% compared to unfertilized plots. Owing to the denser shrub canopy, near surface soil temperature was cooler in summer and less spatially variable within the fertilized plots. A laboratory study of the environmental controls on Sphagnum capillifolium carbon dioxide (CO₂) exchange showed that there were significant interactions between moisture and temperature, but changes in CO₂ exchange in response to temperature or moisture were small compared to the influence of light. These results suggest that the absence of moss in the fertilized plots may be, in part, the result of decreased light availability. Alterations to the competitive balance between the shrub and moss layer could lead to changes in C storage in these ecosystems.

Résumé

Nous avons examiné l'effet à long terme d'une fertilisation en azote (avec du phosphore et du potassium) causant une augmentation de la couverture arbustive sur les changements saisonniers dans la lumière en sous-étage, la température et l'humidité du sol dans une tourbière ombrotrophe. L'augmentation de l'indice de surface foliaire (LAI) était corrélée de façon négative avec la transmission de la lumière à travers la couverture végétale, diminuant le rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) atteignant la surface de la tourbe jusqu'à 77% en moyenne comparé aux parcelles non fertilisées. En raison de la couverture arbustive plus dense dans les parcelles fertilisées, la température superficielle du sol y était plus froide en été et moins variable dans l'espace. Une étude en laboratoire sur les facteurs environnementaux régissant les échanges de dioxyde de carbone (CO₂) de Sphagnum capillifolium a montré qu'il y avait des interactions significatives entre l'humidité et la température, mais que les changements dans les échanges de CO₂ en réponse à la température ou à l'humidité étaient faibles en comparaison de l'influence de lumière. Ces résultats suggèrent que l'absence de mousse dans les parcelles fertilisées puisse être, en partie, le résultat d'une diminution de la disponibilité de la lumière. Des modifications dans l'équilibre compétitif entre les strates d'arbustes et de mousses pourraient amener des changements dans le stockage de carbone par ces écosystèmes.

Keywords:

• bog
• carbon
• carbon dioxide exchange
• peatland
• photosynthetically active radiation
• shrub
• soil moisture
• soil temperature
• Sphagnum

Mots-clés:

• arbuste
• carbone
• échanges de dioxyde de carbone
• humidité du sol
• rayonnement photosynthétiquement actif
• Sphagnum
• température du sol
• tourbière
• tourbière ombrotrophe