To improve the understanding of the long-term effect of forest potassium (K)-fertilization, I revived a 23-year-old base cation fertilization experiment in a sugar maple stand in southern Quebec (45°59.6'N 73°59.9'W). My main objectives were to determine (i) the long-term percent of K derived from fertilizer in the soil-plant system using the rubidium (Rb)/K reverse tracer method, (ii) if fertilization had altered the diversity of the understory plant community, and (iii) if there was still an effect on the growth and nutrient status of the sugar maple trees. In 1988, six 40 m × 40 m plots were delineated in a sugar maple stand. In June 1989, three of these plots received 500, 250, and 250 kg•ha-1 of K2SO4, CaMg(CO3)2, and CaCO3, respectively as fine particulate matter, and the other three were left as control. Mid-canopy leaves of sugar maple trees were sampled annually in August from 1988 to 1991 and 2011 to 2012. In 2012, understory species were surveyed using the Braun-Blanquet method and ten of the most abundant and ubiquitous species were sampled for leaf chemistry. Leaves of both understory and canopy sugar maple trees were digested for nutrient concentrations using trace metal grade HNO3. In 2012, two soil pits were dug in each plot and individual horizons were sampled. Soil was extracted with 1 M NH4Cl. K, Ca, Mg, and Rb concentrations were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) for both digested and extracted samples. Growth of sugar maple trees was assessed using tree cores taken in 2012. Fertilization increased sugar maple leaf K two years following fertilization, but the effect was no longer detectable in 2011/2012. Only Ca and Mg showed increased concentrations in the leaves the fall of the year of fertilization. The percent of leaf K derived from fertilizer in 2011/12 is nearly what it was in the fall of 1989, two months after fertilization. There was no significant difference between control and fertilized plots in the concentration of K in the sapwood of the sugar maple trees, but there was 27 ± 2 % of K derived from fertilizer in the wood in 2012. There was no difference in relative growth of sugar maple, or understory vegetation diversity or species richness in fertilized plots. Nutrient analysis of understory vegetation showed no differences in concentrations of leaf K between treatments, but percent K from fertilizers amounted to over 25 % in several species. There was no effect of treatment on soil chemistry but there was a large proportion of the original fertilizer recovered in the soil profile. The total amount of K from fertilizer held in the soil-plant system was 54 kg•ha-1 or 24 % of the original 225 kg•ha-1 of fertilizer K applied. Overall, these results suggest: (i) a short-term improvement of K status following fertilization, (ii) efficient recycling of K fertilizer in the soil-plant system of maple forests, and (iii) no obvious long-term change in understory species composition following forest fertilization. / Pour améliorer notre compréhension de l'effet de la fertilisation en potassium (K) des forêts à long terme, nous avons remis en fonction une expérience de 23 ans de fertilisation en cations basiques dans un peuplement d'érable à sucre dans le sud du Québec (45°59.6'N 73°59.9'W). Nos objectifs étaient de déterminer (i) le pourcentage de potassium (K) provenant d'engrais dans le système sol-plante 23 ans après la fertilisation en utilisant méthode de traçage inverse du rubidium (Rb) / K, (ii) si la fertilisation a modifié la biodiversité de la communauté végétale des strates arbustives et herbacées, et (iii) s'il y avait encore un effet sur la croissance et l'état nutritionnel des érables à sucre.En 1988, six 40 x 40 m parcelles ont été délimitées dans un peuplement d'érable à sucre. En juin 1989, trois de ces parcelles ont reçu 500, 250 et 250 kg•ha- 1 de K2SO4, CaMg(CO3)2 et CaCO3, respectivement, sous forme de particules fines, et les trois autres parcelles n'ont pas été fertilisées (contrôle). Les feuilles en périphérie de la couronne d'érables à sucre ont été échantillonnées annuellement en août de 1988 à 1991 et 2011 à 2012. En 2012, les espèces du sous-étage ont été échantillonnés selon la méthode de Braun-Blanquet et dix espèces les plus communes ont été analysées pour la chimie des feuilles (digestion humide au HNO3). En 2012, deux pédons ont été creusés dans chaque parcelle et les horizons ont été échantillonnés jusqu'à une profondeur de 70 cm. Les sols ont été extraits au NH4Cl (1 M). Les concentrations de Rb, K, Ca, et Mg dans les feuilles et les sols ont été déterminées par spectrométrie de masse à plasma inductif (ICP-MS). La croissance des érables à sucre a été évaluée en utilisant des carottes d'arbres récoltées en 2012.La fertilisation a augmenté le K des feuilles d'érable à sucre deux ans après la fertilisation, mais l'effet n'était plus détectable en 2011/ 2012. Les concentrations en Ca et Mg ont augmenté à l'automne de l'année de la fertilisation. Le pourcentage du K foliaire provenant des engrais en 2011/12 est à peu près ce qu'il était à l'automne 1989. La fertilisation n'a pas augmenté la concentration de K de l'aubier des arbres d'érable à sucre, mais 27 ± 2% du K provenait des engrais en 2012. La croissance relative de l'érable à sucre, et la diversité et la richesse en espèces de la végétation du sous-étage dans les parcelles fertilisées n'ont pas été affectées par la fertilisation. L'analyse des éléments nutritifs de la végétation du sous-étage n'a montré aucune différence dans les concentrations en K des feuilles entre les traitements, mais le pourcentage en K dérivé des engrais s'élevaient à plus de 25% chez plusieurs espèces. Il n'y avait aucun effet du traitement sur la chimie du sol, mais il y avait une grande proportion de l'engrais récupéré dans le profil du sol. La masse totale de K dérivé des engrais dans le système sol-plante était de 54 kg•ha-1 ou 24 % des 225 kg•ha-1 d'engrais K appliqué. Ces résultats suggèrent: (i) une amélioration à court terme de la nutrition en K suivant la fertilisation, (ii) un recyclage efficace des engrais en K dans le système sol-plante de cette érablière, et (iii) aucun changement évident à long terme de la composition en espèces du sous-étage suivant la fertilisation du peuplement.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123161 |
| Date | January 2014 |
| Creators | McMillan, Chloé |
| Contributors | Benoit Cote (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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