Spatial and temporal dynamics of the soil charcoal pool in relation to fire history in a boreal forest landscape

Charcoal pools in boreal forest soils constitute considerable amounts of slow cycling organic matter that is important in the global carbon cycle. However, these pools are characterized by spatiotemporal variations that are not well understood. Here, we have analyzed the charcoal pool in 100 soil samples to determine charcoal stock species origin and how the size and age of this pool varies across different spatial scales in a Norwegian boreal forest landscape including forests that differ in terms of tree-species composition, tree density, and recent fire histories. The size of the charcoal pool was site-specific and highly variable, ranging from 0 to 2108 g-m-2. Geostatistical analyses showed that the charcoal pool was only weakly spatially structured at fine spatial scales (metres) and broader between-site scales (100s of metres). Unexpectedly, there was no significant relationship between the amount of charcoal and contemporary forest composition and density, although there was proportionally more charcoal from broadleaved trees in today's Scots pine forests than in the Norway spruce forests. When relating this information to the fire history, the results indicate that charcoal is lost at a millennial time scale. Key words: black carbon, charcoal age, charcoal amount, charcoal degradation, forest fire history, pyrogenic carbon. Les pools de charbon de bois dans les sols de la foret boreale recelent des quantites considerables de matiere organique lentement recyclee et importante dans le cycle global du carbone. Cependant, ces pools sont caracterises par des variations spatio-temporelles qui ne sont pas bien comprises. Nous avons examine le pool de charbon de bois dans 100 echantillons de sol pour determiner l'espece a l'origine du charbon de bois et de quelle facon la taille et l'age de ce pool varient en fonction de differentes echelles spatiales dans un paysage de foret boreale norvegienne, incluant des forets qui different en termes de composition en especes d'arbres, de densite des arbres et d'historique des feux. La taille du pool de charbon de bois etait propre a chaque station et tres variable, allant de 0 a 2108 g-m-2. Des analyses geostatistiques ont montre que les pools de charbon de bois etaient seulement faiblement structures a des echelles reduites, de l'ordre de quelques metres, et a plus grande echelle, soit celle des stations (de l'ordre de 100s de metres). Sans qu'on s'y attende, il n'y avait pas de relation significative entre la densite ou la composition de la foret contemporaine et la quantite de charbon de bois. Par contre, il y avait proportionnellement plus de charbon de bois provenant d'essences feuillues dans les forets de pin sylvestre d'aujourd'hui que dans les forets d'epicea commun. Lorsqu'on met cette information en relation avec l'historique des feux, les resultats indiquent que le charbon de bois disparait a l'echelle du millenaire. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: carbone noir, age du charbon de bois, quantite de charbon de bois, degradation du charbon de bois, historique des feux de foret, carbone pyrogene.
Introduction Charcoal derived from forest fires is an important part of the pyrogenic and slow cycling fraction of soil organic matter. Due to its importance in the global carbon cycle, [...]