Soil respiration and photosynthetic uptake of carbon dioxide by ground-cover plants in four ages of jack pine forest

Robert G. Striegl and Kimberly P. Wickland

Abstract: Soil carbon dioxide (CO₂) emission (soil respiration), net CO₂ exchange after photosynthetic uptake by ground-cover plants, and soil CO₂ concentration versus depth below land surface were measured at four ages of jack pine (Pinus banksiana Lamb.) forest in central Saskatchewan. Soil respiration was smallest at a clear-cut site, largest in an 8-year-old stand, and decreased with stand age in 20-year-old and mature (60–75 years old) stands during May– September 1994 (12.1, 34.6, 31.5, and 24.9 mol C·m^–2, respectively). Simulations of soil respiration at each stand based on continuously recorded soil temperature were within one standard deviation of measured flux for 48 of 52 measurement periods, but were 10%–30% less than linear interpolations of measured flux for the season. This was probably due to decreased soil respiration at night modeled by the temperature-flux relationships, but not documented by daytime chamber measurements. CO₂ uptake by ground-cover plants ranged from 0 at the clear-cut site to 29, 25, and 9% of total growing season soil respiration at the 8-year, 20-year, and mature stands. CO₂ concentrations were as great as 7150 ppmv in the upper 1 m of unsaturated zone and were proportional to measured soil respiration.

Résumé : L'émission en dioxyde de carbone (CO₂) du sol (respiration du sol), l'échange net en CO₂ après l'assimilation photosynthétique par les plantes recouvrant le sol et le profil de concentration en CO₂ du sol ont été mesurés dans quatre forêts de pin gris (Pinus banksiana Lamb.) d'âge différent dans le Centre de la Saskatchewan. La respiration du sol mesurée entre septembre et mai 1994 était la plus faible dans un site de coupe à blanc, la plus forte dans un peuplement âgé de 8 ans et diminuait avec l'âge pour le peuplement âgé de 20 ans et le peuplement mature (âgé de 60 à 75 ans; respectivement 12,1, 34,6, 31,5 et 24,9 mol C·m^–2). Des simulations de la respiration du sol dans chaque peuplement, sur la base de l'enregistrement en continu de la température du sol, ont produit des résultats qui se situaient à l'intérieur d'un écart-type des flux mesurés pour 48 des 52 périodes de prise de mesures, mais étaient inférieures de 10% à 30% par rapport aux interpolations linéaires des flux mesurés pour la saison. Ceci était probablement dû à une diminution de la respiration du sol pendant la nuit qui s'est reflétée dans les relations entre la température et les flux mais dont ne tenaient pas compte les mesures journalières dans les chambres. L'assimilation de CO₂ par les plantes recouvrant le sol variait de 0 dans le site de coupe à blanc à 29, 25 et 9% de la respiration totale du sol pendant la saison de croissance dans le peuplement de 8 ans, celui de 20 ans et les peuplements matures. Les concentrations en CO₂ pouvaient atteindre des valeurs de 7150 ppmv dans le premier mètre de la zone non-saturée et étaient proportionnelles aux mesures de respiration du sol.

[Traduit par la Rédaction]