Nutrient dynamics in decomposing needles ofPinus luchuensisafter typhoon disturbance in a subtropical environment

Abstract

-Decomposition of typhoon-generated and normally fallen needles and their dynamical patterns of nutrient release for ten elements (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Al, and Mn) were investigated over 3 yr using the litterbag technique in a subtropical pine plantation (Pinus luchuensis Mayr.) in Okinawa, southwestern Japan. After 3 yr, decomposition rates (k values) were 0.361 and 0.323 yr −1 , respectively, for typhoon-generated and normally fallen needles. The typhoon-generated needles decomposed significantly more rapidly than the normally fallen needles did, which was due to the higher N and P concentrations. Nutrient transfer patterns for elements varied greatly. However, significant differences in mass dynamic patterns of elements between typhoon-generated and normally fallen needles were found only in N and P (P < 0.001). Nutrient mobilities during the decomposition processes were similar in both typhoon-generated and normally fallen needles and was ordered as follows:Rapid decomposition with rapid release of P and N in typhoon-generated needles indicates that typhoon disturbances can drive P and N cycling at a somewhat higher rates, which is more important from the standpoint of forest productivity since P and N are limiting nutrients in the subtropical forests in Okinawa.litter chemical quality / needle decomposition / nutrient release / pine plantation / Pinus luchuensis / typhoon impact Résumé -Dynamiques des nutriments dans les aiguilles en décomposition de Pinus luchensis après les perturbations liées à un typhon dans un environnement subtropical. La décomposition des chutes d'aiguilles normales et occasionnées par un typhon et leur modèle de libération des nutriments ont été étudiés pour 10 éléments (C, N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Al et Mn). L'étude a été faite dans une plantation de pin (Pinus luchensis Mayr.) à Okinawa (SO du Japon). Elle a duré 3 ans et a utilisé la technique des bacs à litière. Après 3 ans les taux de décomposition étaient de 0,361 et 0,323 an −1 respectivement pour les chutes d'aiguilles liées au typhon et les chutes normales d'aiguilles. Les chutes aiguilles liées au typhon se décomposent significativement plus rapidement que les chutes normales d'aiguilles, ce qui est du à une plus forte concentration en N et P. Les modèles de transfert des éléments varient fortement. Toutefois, des différences significatives dans les modèles de dynamique de masse des éléments entre les deux types de chute d'aiguille ont seulement été mises en évidence pour N et P (P < 0,001). La mobilité des éléments pendant les processus de décomposition étaient similaires dans les deux types de chute d'aiguilles et s'ordonnait de la façon suivante : K > Ca ≥ Mg ≥ C > S ≥ N ≥ Mn > P Fe ≥ Al. Une décomposition rapide avec une libération rapide de P et N pour les aiguilles dont la chute a été occasionnée par le typhon indique que la perturbation par le typhon peut conduire le cycle de P et N à un taux quelque peu plus rapide, ce qui est important du point de vue de la productivité de la forêt puisque P et N son...

Decomposition responses of pine (Pinus massoniana) needles with two different nutrient-status to N deposition in a tropical pine plantation in southern China

“…Our results were consistent with many other studies reporting that litter with high initial N concentration exhibits relatively faster decomposition rate (Berg and Matzner, 1997;Fog, 1988;Sundarapandian and Swamy, 1999;Xu, 2006). In Control plots with no additional experimental N input, rates of litter mass loss and litter C loss tended to be faster in nutrientrich needles than in nutrient-poor needles.…”

“…Since 1998, there has been no or very little harvesting . The plantation is N-limited due to such site history including previous human disturbance (Mo et al, 1995;2006;.…”

“…The reserve lies in the middle part of Guangdong Province in southern China (112 • 10' E, 23 • 10' N) and occupies an area of approximately 1200 ha. The pine forest at about 50-200 m asl occupies 20% of the reserve (Mo et al, 2003;2006;Zhang et al, 2000). This pine forest originated from the 1930's pine plantation after a clear-cut (Mo et al, 1995).…”

“…The model for decomposition that we used is represented by the following equations (Olson, 1963;Xu, 2006): (1) X/Xo = e −kt (exponential model); and (2) X/X o = a + kt (linear model).…”

“…We have previously reported that, due to land-use history, tropical pine plantations in southern China are N limited for litter decomposition (Mo et al, 1995;2006), and that N addition positively affected mass loss of decomposing litter , suggesting that N deposition may enhance C release to the atmosphere by increasing litter decomposition. In the same experiment, however, N addition significantly reduced litter decomposition in a N saturated old-growth forest ).…”