Search

We investigated the effects of a 5°C soil + air experimental heating on root and microbial respiration in a boreal black spruce (Picea mariana (Mill.) B.S.P.) forest in northern Manitoba, Canada, that was warmed between 2004 and 2007. In 2007, the [sup.14]C/[sup.12]C signatures of soil C[O.sub.2] efflux and root and soil microbial respiration were used in a two-pool mixing model to estimate their proportional contributions to soil C[O.sub.2] efflux and to examine how each changed in response to the warming treatments. In laboratory incubations, we examined whether warming had altered microbial respiration rates or microbial temperature sensitivity. The [sup.14]C/[sup.12]C signature of soil C[O.sub.2] efflux and microbial respiration in the heating treatments were both significantly (p < 0.05) enriched relative to the control treatment, suggesting that C deposited nearer the atmospheric bomb peak in 1963 contributed more to microbial respiration in heated than control treatments. Soil C[O.sub.2] efflux was significantly greater in the heated than control treatments, suggesting the acclimation to temperature of either root or microbial respiration was not occurring in 2007. Microbial respiration in laboratory incubations was similar in heated and control soils. This study shows that microbial respiration rates still responded to temperature even after 4 years of warming, highlighting that ecosystem warming can cause a prolonged release of soil organic matter from these soils. Key words: boreal, soil carbon, root respiration, warming, black spruce. Nous avons etudie les effets d'un rechauffement experimental de 5°C de la temperature de l'air et du sol sur la respiration racinaire et microbienne dans une foret boreale d'epinette noire (Picea mariana (Mill.) Britton, Sterns, Poggenb.) du nord du Manitoba, au Canada, de 2004 a 2007. En 2007, la signature isotopique ([sup.14]C/[sup.12]C) du C[O.sub.2] emanant du sol et provenant de la respiration racinaire et microbienne du sol a ete utilisee dans un modele de melange de deux fluides pour estimer leur contribution proportionnelle au C[O.sub.2] emanant du sol et la facon dont chacun a varie en reaction au rechauffement de la temperature. En utilisant des incubations en laboratoire, nous avons etudie si le rechauffement a modifie le taux de respiration microbienne ou la sensibilite microbienne a la temperature. La signature isotopique ([sup.14]C/[sup.12]C) du C[O.sub.2] emanant du sol et de la respiration microbienne dans les traitements ayant fait l'objet d'un rechauffement etaient toutes deux significativement (p < 0,05) enrichies comparativement au traitement temoin, ce qui indique que le C depose plus pres du point culminant des essais nucleaires atmospheriques en 1963 a davantage contribue a la respiration microbienne dans le traitement ayant fait l'objet d'un rechauffement que dans le traitement temoin. Le C[O.sub.2] emanant du sol etait significativement plus important a la suite du rechauffement que dans le traitement temoin, ce qui indique que les racines ou la respiration microbienne ne s'etaient pas acclimatees a la temperature en 2007. Dans les incubations en laboratoire la respiration microbienne etait similaire dans le sol ayant subi un rechauffement et dans le sol temoin. Cette etude demontre que le taux de respiration microbienne reagit encore a la temperature meme apres quatre annees de rechauffement, faisant ressortir le fait que le rechauffement de l'ecosysteme peut engendrer une perte prolongee de matiere organique dans ces sols. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : boreal, carbone du sol, respiration racinaire, rechauffement, epinette noire., Introduction During the next century, air temperatures in some regions of the boreal forest may warm by as much as 8°C ( Intergovernmental Panel on Climate Change 2007). Warmer air [...]

The resilience and vulnerability of permafrost to climate change depends on complex interactions among topography, water, soil, vegetation, and snow, which allow permafrost to persist at mean annual air temperatures (MAATs) as high as +2 °C and degrade at MAATs as low as -20 °C. To assess these interactions, we compiled existing data and tested effects of varying conditions on mean annual surface temperatures (MASTs) and 2 m deep temperatures (MADTs) through modeling. Surface water had the largest effect, with water sediment temperatures being ~10 °C above MAAT. A 50% reduction in snow depth reduces MADT by 2 °C. Elevation changes between 200 and 800 m increases MAAT by up to 2.3 °C and snow depths by ~40%. Aspect caused only a ~1 °C difference in MAST. Covarying vegetation structure, organic matter thickness, soil moisture, and snow depth of terrestrial ecosystems, ranging from barren silt to white spruce (Picea glauca (Moench) Voss) forest to tussock shrub, affect MASTs by ~6 °C and MADTs by ~7 °C. Groundwater at 2-7 °C greatly affects lateral and internal permafrost thawing. Analyses show that vegetation succession provides strong negative feedbacks that make permafrost resilient to even large increases in air temperatures. Surface water, which is affected by topography and ground ice, provides even stronger negative feedbacks that make permafrost vulnerable to thawing even under cold temperatures. Resume: La resilience et la vulnerabilite: La resilience et la vulnerabilite du pergelisol face aux changements climatiques dependent d'interactions complexes entre la topographie, l'eau, le sol, la vegetation et la neige qui permettent au pergelisol de se maintenir a des temperatures moyennes annuelles de l'air (TMAA) aussi elevees que +2 °C et de se degrader a des TMAA aussi basses que -20 °C. Pour evaluer ces interactions, nous avons compile des donnees existantes et teste les effets de diverses conditions de temperature moyenne annuelle en surface (TMAS) et a une profondeur de 2 m (TMAP) par l'entremise de la modelisation. L'eau de surface avait l'effet le plus prononce alors que la temperature a l'interface entre l'eau et les sediments etait ~10 °C plus elevee que la TMAA. Une diminution de l'epaisseur de la couche de neige de 50% reduit la TMAP de 2 °C. Un changement d'altitude entre 200 et 800 m augmente la TMAA de 2,3 °C et l'epaisseur de la couche de neige de ~40 %. L'orientation cause une difference de seulement ~1 °C de la TMAS. La structure de la vegetation, l'epaisseur de la matiere organique, l'humidite du sol et l'epaisseur de la couche de neige qui covarient dans les ecosystemes terrestres, allant de la toundra limoneuse a la foret d'epinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) et a la zone de transition entre les buttes de gazon et les arbustes, affectent la TMAS de ~6 °C et la TMAP de ~7 °C. A une temperature de 2-7 °C, l'eau souterraine influence grandement la fonte laterale et interne du pergelisol. Les analyses montrent que la succession de la vegetation engendre de fortes retroactions negatives qui rendent le pergelisol resistant a une augmentation meme importante de la temperature de l'air. L'eau de surface qui est influencee par la topographie et la glace au sol engendre des retroactions negatives encore plus prononcees qui rendent le pergelisol vulnerable a la fonte meme si la temperature est froide. [Traduit par la Redaction], Introduction Perennially frozen ground (permafrost) is a unique characteristic of polar regions and high mountains and is fundamental to geomorphic processes and ecological development in tundra and boreal forests. Because [...]