Effects of calcium treatment on forest floor organic matter composition along an elevation gradient

Calcium amendment is a restorative option for nutrient-depleted, acidic soils in the forests of the northeastern United States. We studied the effects of watershed-scale wollastonite (CaSi[O.sub.3]) application on the structural composition of soil organic matter (SOM) and hot-water-extractable organic matter (HWEOM) at the Hubbard Brook Experiment Forest in New Hampshire 7-9 years after treatment, along an elevation gradient. Soils in the high-elevation spruce-fir-birch (SFB) zone contained significantly greater amounts of HWEOM compared with lower elevation hardwood soils, likely due to differences in litter quality and slower decomposition rates in colder soils at higher elevation. The only significant difference in hot-water-extractable organic carbon concentration between reference and calcium- treated watersheds was in Oie horizons of the SFB zone, which also exhibited the greatest degree of soil chemical change after treatment. The [sup.13]C nuclear magnetic resonance (NMR) spectra showed no significant patterns in O- alkyl C abundance for either soil or HWEOM along the elevation gradient, suggesting that there were no elevation- related patterns in carbohydrate concentration. The general absence of long-term effects in this study suggests that effects of Ca amendment at this dosage on the composition of SOM were small or short-lived. Key words: soil organic matter, soil carbon, calcium, liming, NMR spectroscopy. L'amendement calcique est une option de rehabilitation des sols acides appauvris en nutriments dans les forets du nord-est des Etats-Unis. Nous avons etudie les effets de l'application de wollastonite (CaSiO3) a l'echelle du bassin versant sur la composition structurale de la matiere organique du sol et sur la matiere organique extractible a l'eau chaude (MOEEC) a la foret experimentale de Hubbard Brook au New Hampshire, 7-9 ans apres le traitement, le long d'un gradient altitudinal. Dans la foret d'epicea, de sapin et de bouleau (ESB) situee en altitude, les sols contenaient des quantites significativement plus elevees de MOEEC que les sols de la foret feuillue situee a plus faible altitude, vraisemblablement a cause des differences dans la qualite de la litiere et des taux de decomposition plus faibles dans les sols plus froids a plus haute altitude. La seule difference significative dans la concentration du carbone organique extractible a l'eau chaude entre les bassins chaules et les bassins temoins apparaissait dans l'horizon Oie de la foret ESB oU les changements dans les caracteristiques chimiques du sol apres le traitement ont ete les plus importants. Les spectres par resonnance magnetique nucleaire (RMN) du [sup.13]C n'ont montre aucun patron significatif de l'abondance du C O-alkyle, ni dans le sol, ni dans la MOEEC le long du gradient altitudinal; ce qui indique que la concentration des hydrates de carbone n'est pas fonction de l'altitude. L'absence generalisee d'effets a long terme dans cette etude indique que les effets de l'amendement calcique a la dose utilisee sur la composition de la matiere organique du sol etaient faibles et passagers. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : matiere organique du sol, carbone du sol, calcium, chaulage, spectroscopie de RMN.
Introduction In glaciated environments of New England, many higher elevation forests are characterized by shallow soils with small pools of weatherable minerals, resulting in higher soil acidity, lower stream calcium, [...]