Non-Symbiotic Nitrogen Fixation, Net Nitrogen Mineralization and Denitrification in Evergreen Forests of Chiloé Island, Chile: A Comparison With Other Temperate Forests

Abstract

Temperate forests in southern Chile offer unique opportunities for studying biogeochemical cycles in the absence of industrial air pollution. Here we compare three important fluxes of the nitrogen (N) cycle in temperate forests of southern Chile, non-symbiotic N fixation, net N mineralization and denitrification, with data from northern temperate forests more affected by air pollution. We studied five evergreen, old-growth forests and one second-growth forest in Chiloé Island, southern Chile. Non-symbiotic N fixation in the litter layer, mineral soil and coarse woody debris was estimated by the acetylene reduction technique. In situ net-N mineralization in the upper mineral soil layer was assessed by the buried bag method. Denitrification rates of mineral soil were assessed by the acetylene inhibition essay in intact soil cores. Results show that in some southern temperate forests a greater proportion of the ecosystem N-fixation occurs in the litter layer (0.23-2.26 kg N ha -1 year -1 ) and coarse woody debris (1.31-1.34 kg N ha -1 year -1 ). In contrast, the highest N fixation rates in northern temperate forests occur in mineral soil. Rates of both N mineralization and denitrification were considerably lower in Chiloé forests than in northern temperate forests, which are subject to higher N deposition. These findings suggest that southern temperate forests exert a stronger biotic control on N cycling than their northern counterparts.KEYWORDS: Denitrification, nitrogen cycle, nitrogen fixation, temperate forests, unpolluted forests. RESUMENLos bosques templados de Chile ofrecen un escenario único para estudiar los ciclos biogeoquímicos debido a su condición libre de contaminación industrial. Comparamos tres flujos importantes del ciclo del nitrógeno (N), tales como fijación no simbiótica, mineralización neta y desnitrificación, en bosques del sur de Chile con datos de bosques templados del hemisferio norte sujetos a contaminación. Estudiamos cinco bosques siempreverdes maduros y uno secundario en la Isla de Chiloé. La fijación no simbiótica del nitrógeno en la hojarasca, el suelo mineral y desechos leñosos gruesos, se estimó mediante el método de reducción de acetileno. La tasa neta de mineralización del suelo superficial se estimó con el método de la bolsa enterrada. La tasa de desnitrificación se estimó mediante el ensayo de inhibición con acetileno en muestras de suelo intactas. Los resultados muestran que en algunos bosques templados chilenos una mayor proporción de la fijación no simbiótica del N ocurre en la hojarasca (0,23-2,26 kg N ha -1 año -1 ) y en los desechos leñosos gruesos (1,31-1,34 kg N ha -1 año -1 ). En cambio, las mayores tasas de fijación de N en los bosques templados del hemisferio norte han sido encontradas en el suelo mineral. Los bosques siempreverdes de Chiloé presentaron tasas de mineralización neta y desnitrificación considerablemente menores que los bosques templados del hemisferio norte, tanto siempreverdes como deciduos. Interpretamos estos resultados como indicadores que l...

Mineralización del nitrógeno, carbono y actividad enzimática del suelo en un bosque de Nothofagus obliqua (Mirb) Oerst y una plantación de Pinus radiata D. Don. del centro-sur de Chile

“…Valores negativos de las tasas de mineralización, indican inmovilización biótica y abiótica neta de N-min (Piirainen et al 2002, Pérez et al 2003). La plantación de P. radiata presentó una mayor tasa de inmovilización que el bosque de N. obliqua, principalmente en los meses de otoño.…”

“…Así la disponibilidad y el ciclo del N en los bosques puede ser afectado por el tipo de bosque y el manejo. Pérez et al (2003) destacan la importancia de los ciclos internos de N como la primera y más importante fuente de N inorgánico para la productividad de los bosques prístinos. Según Fontaine et al (2004), la tasa de crecimiento de los microorganismos es controlada por la disponibilidad de nutrientes en la MOS y en la solución de suelo.…”

“…Los bosques templados de Chile y Argentina brindan un escenario único para estudiar los ciclos biogeoquímicos, ya que la química de las precipitaciones está exenta de contaminación industrial, por lo tanto, son principalmente procesos bióticos y abióticos no antropogénicos los regulan los ciclos internos y la exportación de nutrientes del ecosistema (Pérez et al 2003). Estos bosques se caracterizan por la dominancia de nitrógeno orgánico disuelto tanto a nivel de entrada por vía atmosférica, como en las salidas, por vía agua de escorrentía (Hedin et al 1995, Weathers et al 2000, Perakis & Hedin 2002.…”

“…De acuerdo a Hedin et al (1995), los ecosistemas prístinos con bajos ingresos de nitrógeno (N) constituyen un modelo de cómo funcionaban los bosques en épocas preindustriales y, por lo tanto, podrían ser un indicador sensible de incrementos en la depositación atmosférica de compuestos nitrogenados. El incremento de las actividades antropogénicas en el centro-sur de Chile, como la ganadería, agricultura intensiva y principalmente la conversión masiva del bosque nativo a plantaciones de especies forestales exóticas de rápido crecimiento, constituyen impactos que podrían alterar procesos claves que controlan los ciclos biogeoquímicos (Berg & Matzner 1997, Godoy et al 2001, Pérez et al 2003. El cambio de uso del suelo afecta los niveles de carbono y nitrógeno en el suelo, principalmente a través de la pérdida y aceleración de los procesos de oxidación, que alteran la cantidad y composición de la materia orgánica del suelo (MOS) (Guo & Gifford 2002).…”

Effects of Nitrate and Labile Carbon on Denitrification of Southern Temperate Forest Soils

“…However, there is little information about the magnitude of denitrification, i.e. microbial reduction of reactive N oxides to nitrous oxide and elemental N in these forests (Pérez et al, 2003). During denitrification C acts as an electron donor and nitrate as an electron acceptor, so denitrifiers are active in C-rich and water saturated soils, where nitrate serves as electron acceptor instead of oxygen.…”