Published November 3, 2021
| Version v1
Publication
Open
Living, dead, and absent trees—How do moth outbreaks shape small‐scale patterns of soil organic matter stocks and dynamics at the Subarctic mountain birch treeline?
Creators
- 1. University of Helsinki
- 2. University of Bayreuth
- 3. University of Eastern Finland
- 4. Natural Resources Institute Finland
- 5. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
- 6. South Eastern Kenya University
- 7. University of Turku
Description
Mountain birch forests (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii) at the subarctic treeline not only benefit from global warming, but are also increasingly affected by caterpillar outbreaks from foliage-feeding geometrid moths. Both of these factors have unknown consequences on soil organic carbon (SOC) stocks and biogeochemical cycles. We measured SOC stocks down to the bedrock under living trees and under two stages of dead trees (12 and 55 years since moth outbreak) and treeless tundra in northern Finland. We also measured in-situ soil respiration, potential SOC decomposability, biological (enzyme activities and microbial biomass), and chemical (N, mineral N, and pH) soil properties. SOC stocks were significantly higher under living trees (4.1 ± 2.1 kg m²) than in the treeless tundra (2.4 ± 0.6 kg m²), and remained at an elevated level even 12 (3.7 ± 1.7 kg m²) and 55 years (4.9 ± 3.0 kg m²) after tree death. Effects of tree status on SOC stocks decreased with increasing distance from the tree and with increasing depth, that is, a significant effect of tree status was found in the organic layer, but not in mineral soil. Soil under living trees was characterized by higher mineral N contents, microbial biomass, microbial activity, and soil respiration compared with the treeless tundra; soils under dead trees were intermediate between these two. The results suggest accelerated organic matter turnover under living trees but a positive net effect on SOC stocks. Slowed organic matter turnover and continuous supply of deadwood may explain why SOC stocks remained elevated under dead trees, despite the heavy decrease in aboveground C stocks. We conclude that the increased occurrence of moth damage with climate change would have minor effects on SOC stocks, but ultimately decrease ecosystem C stocks (49% within 55 years in this area), if the mountain birch forests will not be able to recover from the outbreaks.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
لا تستفيد غابات البتولا الجبلية (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii) على خط الأشجار شبه القطبي من الاحترار العالمي فحسب، بل تتأثر أيضًا بشكل متزايد بتفشي اليرقات من العث الهندسي الذي يغذي أوراق الشجر. كل من هذه العوامل لها عواقب غير معروفة على مخزونات الكربون العضوي في التربة (SOC) والدورات البيوجيوكيميائية. قمنا بقياس مخزون الكربون العضوي في التربة وصولاً إلى الأساس تحت الأشجار الحية وتحت مرحلتين من الأشجار الميتة (12 و 55 عامًا منذ تفشي العث) والتندرا الخالية من الأشجار في شمال فنلندا. كما قمنا بقياس تنفس التربة في الموقع، وقابلية التحلل المحتملة لمخزون الكربون العضوي في التربة، وخصائص التربة البيولوجية (أنشطة الإنزيمات والكتلة الحيوية الميكروبية)، والكيميائية (N، والمعادن N، ودرجة الحموضة). كانت مخزونات الكربون العضوي في التربة أعلى بكثير تحت الأشجار الحية (4.1 ± 2.1 كجم ²) منها في التندرا الخالية من الأشجار (2.4 ± 0.6 كجم ²)، وظلت عند مستوى مرتفع حتى 12 (3.7 ± 1.7 كجم ²) و 55 عامًا (4.9 ± 3.0 كجم ²) بعد موت الأشجار. انخفضت آثار حالة الشجرة على مخزونات الكربون العضوي في التربة مع زيادة المسافة من الشجرة ومع زيادة العمق، أي أنه تم العثور على تأثير كبير لحالة الشجرة في الطبقة العضوية، ولكن ليس في التربة المعدنية. تميزت التربة تحت الأشجار الحية بارتفاع محتويات N المعدنية، والكتلة الحيوية الميكروبية، والنشاط الميكروبي، وتنفس التربة مقارنة بالتندرا عديمة الأشجار ؛ كانت التربة تحت الأشجار الميتة وسيطة بين هذين الاثنين. تشير النتائج إلى تسارع دوران المواد العضوية تحت الأشجار الحية ولكن تأثيرها الصافي إيجابي على مخزونات الكربون العضوي في التربة. قد يفسر تباطؤ دوران المواد العضوية والإمدادات المستمرة من الأخشاب الميتة سبب بقاء مخزونات الكربون العضوي في التربة مرتفعة تحت الأشجار الميتة، على الرغم من الانخفاض الكبير في مخزونات الكربون فوق الأرض. نستنتج أن زيادة حدوث ضرر العث مع تغير المناخ سيكون له آثار طفيفة على مخزونات الكربون العضوي في التربة، ولكنه سيقلل في النهاية من مخزونات النظام الإيكولوجي C (49 ٪ في غضون 55 عامًا في هذه المنطقة)، إذا لم تتمكن غابات البتولا الجبلية من التعافي من تفشي المرض.Translated Description (French)
Les forêts de bouleaux de montagne (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii) situées à la limite subarctique des arbres bénéficient non seulement du réchauffement climatique, mais sont également de plus en plus touchées par les épidémies de chenilles provenant des mites géométrides qui se nourrissent de feuillage. Ces deux facteurs ont des conséquences inconnues sur les stocks de carbone organique (COS) du sol et les cycles biogéochimiques. Nous avons mesuré les stocks de COS jusqu'au substratum rocheux sous des arbres vivants et sous deux stades d'arbres morts (12 et 55 ans depuis l'épidémie de papillons de nuit) et de toundra sans arbres dans le nord de la Finlande. Nous avons également mesuré la respiration in situ du sol, la décomposabilité potentielle du COS, les propriétés biologiques (activités enzymatiques et biomasse microbienne) et chimiques (N, N minéral et pH) du sol. Les stocks de COS étaient significativement plus élevés sous les arbres vivants (4,1 ± 2,1 kg m²) que dans la toundra sans arbres (2,4 ± 0,6 kg m²), et sont restés à un niveau élevé même 12 (3,7 ± 1,7 kg m²) et 55 ans (4,9 ± 3,0 kg m²) après la mort des arbres. Les effets de l'état des arbres sur les stocks de COS diminuaient avec l'augmentation de la distance de l'arbre et avec l'augmentation de la profondeur, c'est-à-dire qu'un effet significatif de l'état des arbres était trouvé dans la couche organique, mais pas dans le sol minéral. Le sol sous les arbres vivants était caractérisé par des teneurs plus élevées en N minéral, une biomasse microbienne, une activité microbienne et une respiration du sol par rapport à la toundra sans arbres ; les sols sous les arbres morts étaient intermédiaires entre ces deux éléments. Les résultats suggèrent un renouvellement accéléré de la matière organique sous les arbres vivants, mais un effet net positif sur les stocks de COS. Le ralentissement du renouvellement de la matière organique et l'approvisionnement continu en bois mort peuvent expliquer pourquoi les stocks de COS sont restés élevés sous les arbres morts, malgré la forte diminution des stocks de C en surface. Nous concluons que l'augmentation des dommages causés par les papillons de nuit avec le changement climatique aurait des effets mineurs sur les stocks de COS, mais réduirait finalement les stocks de C de l'écosystème (49 % en 55 ans dans cette région), si les forêts de bouleaux de montagne ne sont pas en mesure de se remettre des épidémies.Translated Description (Spanish)
Los bosques de abedules de montaña (Betula pubescens Ehrh. ssp. czerepanovii) en la línea de árboles subártica no solo se benefician del calentamiento global, sino que también se ven cada vez más afectados por los brotes de orugas de las polillas geométricas que se alimentan del follaje. Ambos factores tienen consecuencias desconocidas sobre las reservas de carbono orgánico del suelo (COS) y los ciclos biogeoquímicos. Medimos las existencias de COS hasta el lecho rocoso bajo árboles vivos y bajo dos etapas de árboles muertos (12 y 55 años desde el brote de polillas) y tundra sin árboles en el norte de Finlandia. También medimos la respiración in situ del suelo, la descomposición potencial del COS, las propiedades biológicas (actividades enzimáticas y biomasa microbiana) y químicas (N, N mineral y pH) del suelo. Las poblaciones de COS fueron significativamente más altas en árboles vivos (4,1 ± 2,1 kg m²) que en la tundra sin árboles (2,4 ± 0,6 kg m²), y se mantuvieron en un nivel elevado incluso 12 (3,7 ± 1,7 kg m²) y 55 años (4,9 ± 3,0 kg m²) después de la muerte del árbol. Los efectos del estado del árbol en las poblaciones de COS disminuyeron con el aumento de la distancia desde el árbol y con el aumento de la profundidad, es decir, se encontró un efecto significativo del estado del árbol en la capa orgánica, pero no en el suelo mineral. El suelo bajo árboles vivos se caracterizó por un mayor contenido de N mineral, biomasa microbiana, actividad microbiana y respiración del suelo en comparación con la tundra sin árboles; los suelos bajo árboles muertos fueron intermedios entre estos dos. Los resultados sugieren una rotación acelerada de la materia orgánica bajo los árboles vivos, pero un efecto neto positivo en las existencias de COS. La ralentización de la rotación de la materia orgánica y el suministro continuo de madera muerta pueden explicar por qué las existencias de COS se mantuvieron elevadas bajo los árboles muertos, a pesar de la fuerte disminución de las existencias de C sobre el suelo. Concluimos que el aumento de la ocurrencia de daños por polillas con el cambio climático tendría efectos menores en las poblaciones de COS, pero en última instancia disminuiría las poblaciones de C del ecosistema (49% en 55 años en esta área), si los bosques de abedules de montaña no pudieran recuperarse de los brotes.Files
gcb.15951.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f4a92ba259a6af4a10e6fa9e01e8ec31
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الأشجار الحية والميتة والغائبة - كيف يشكل تفشي العث أنماطًا صغيرةالحجم من مخزون المواد العضوية في التربة وديناميكياتها على خط أشجار البتولا الجبلية في شبه القارة القطبية الجنوبية ؟
- Translated title (French)
- Arbres vivants, morts et absents - Comment les épidémies de papillons de nuit façonnent-elles les modèles à petiteéchelle des stocks de matière organique du sol et la dynamique de la limite subarctique des bouleaux de montagne ?
- Translated title (Spanish)
- Árboles vivos, muertos y ausentes: ¿cómo configuran los brotes de polillas los patrones a pequeñaescala de las existencias y la dinámica de la materia orgánica del suelo en la línea arbórea de abedules de las montañas subárticas?
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3207359455
- DOI
- 10.1111/gcb.15951
References
- https://openalex.org/W123542026
- https://openalex.org/W1918511579
- https://openalex.org/W1965026439
- https://openalex.org/W1977852782
- https://openalex.org/W1979557149
- https://openalex.org/W1984412649
- https://openalex.org/W1992953206
- https://openalex.org/W1993455386
- https://openalex.org/W1994970654
- https://openalex.org/W2002391965
- https://openalex.org/W2003742786
- https://openalex.org/W2010642658
- https://openalex.org/W2012138504
- https://openalex.org/W2017610727
- https://openalex.org/W2020341475
- https://openalex.org/W2031154992
- https://openalex.org/W2032312294
- https://openalex.org/W2033657643
- https://openalex.org/W2035719017
- https://openalex.org/W2038484239
- https://openalex.org/W2039658451
- https://openalex.org/W2040407256
- https://openalex.org/W2041709064
- https://openalex.org/W2044076675
- https://openalex.org/W2045266140
- https://openalex.org/W2051942772
- https://openalex.org/W2052147311
- https://openalex.org/W2054109074
- https://openalex.org/W2059352577
- https://openalex.org/W2062273241
- https://openalex.org/W2062359518
- https://openalex.org/W2064219231
- https://openalex.org/W2065582616
- https://openalex.org/W2068984195
- https://openalex.org/W2072988779
- https://openalex.org/W2073746282
- https://openalex.org/W2077793513
- https://openalex.org/W2079726181
- https://openalex.org/W2092239855
- https://openalex.org/W2095122088
- https://openalex.org/W2104435517
- https://openalex.org/W2105961364
- https://openalex.org/W2110817581
- https://openalex.org/W2117722454
- https://openalex.org/W2119606432
- https://openalex.org/W2132484323
- https://openalex.org/W2134217662
- https://openalex.org/W2139644013
- https://openalex.org/W2141624669
- https://openalex.org/W2162888351
- https://openalex.org/W2175900236
- https://openalex.org/W2176831171
- https://openalex.org/W2200817828
- https://openalex.org/W2355620670
- https://openalex.org/W2405548354
- https://openalex.org/W2411673262
- https://openalex.org/W2466457758
- https://openalex.org/W2478908224
- https://openalex.org/W2508218119
- https://openalex.org/W2509601712
- https://openalex.org/W2520525571
- https://openalex.org/W2543785626
- https://openalex.org/W2546822929
- https://openalex.org/W256657280
- https://openalex.org/W2582743722
- https://openalex.org/W2602899034
- https://openalex.org/W2750593682
- https://openalex.org/W2757584744
- https://openalex.org/W2769758468
- https://openalex.org/W2774510075
- https://openalex.org/W2786010422
- https://openalex.org/W2792058706
- https://openalex.org/W2800958677
- https://openalex.org/W2902152097
- https://openalex.org/W2944916430
- https://openalex.org/W2972136389
- https://openalex.org/W2997167851
- https://openalex.org/W3021212878
- https://openalex.org/W3026214861
- https://openalex.org/W3029236633
- https://openalex.org/W3035663944
- https://openalex.org/W3042390931
- https://openalex.org/W3089123252
- https://openalex.org/W3127183456
- https://openalex.org/W3136446047
- https://openalex.org/W3163993851
- https://openalex.org/W3207359455
- https://openalex.org/W4250512423
- https://openalex.org/W819000032