Impacts of pine species, stump removal, cultivation, and fertilization on soil properties half a century after planting

Abstract

To better understand the long-term effects of species selection and forest management practices on soil quality and soil C retention, we analyzed soil samples from an experimental planting of loblolly (Pinus taeda L.), longleaf (Pinus palustris Mill.), and slash (Pinus elliottii Engelm.) pines under different management intensities in Mississippi. The treatments included stump removal and cultivation (CULT), a one-time application of fertilizer combined with stump removal and cultivation (CULT+F), and a control (CON). After 49 years, pine species had no significant effect on any soil physical or chemical parameter examined, despite species differences in basal area. CULT exhibited significantly higher soil bulk density and lower soil C and soil N than CON and CULT+F in the upper 10 cm of soil. Stump removal is not a common practice in southern pine silviculture today; however, as demand for bioenergy fuels or feedstocks increases, more complete biomass utilization will be considered. Residual stumps play an important role in soil nutrient and C retention in pine plantations. Our results show that stump removal can lead to reduced soil C (-21%) and soil N (-35%) compared with controls, although it is possible to mitigate nutrient losses on poor sites with fertilization.Résumé : Dans le but de mieux comprendre les effets à long terme du choix des espèces et des pratiques d'aménagement forestier sur la qualité du sol et la rétention du C, nous avons analysé des échantillons de sol provenant de plantations expérimentales de pin à encens (Pinus taeda L.), de pin des marais (Pinus palustris Mill.) et de pin d'Elliott (Pinus elliottii Engelm.) soumises à différentes intensités d'aménagement au Mississippi. Les traitements incluaient l'enlèvement des souches et des pratiques culturales (CULT), une application unique de fertilisant combinée à l'enlèvement des souches et à des pratiques culturales (CULT+F) et un traitement témoin (CON). Après 49 ans, les espèces de pin n'avaient pas d'effet significatif sur aucun des paramètres physiques ou chimiques du sol qui ont été étudiés malgré les différences de surface terrière entre les espèces. Dans les premiers 10 cm de sol, la densité apparente du sol était plus grande et la teneur en C et N du sol était plus faible dans le traitement CULT que dans les traitements CON et CULT+F. L'enlèvement des souches n'est pas une pratique courante de la sylviculture actuelle des pins du sud. Cependant, à mesure que la demande pour la biodiversité et les matières premières augmente, une utilisation plus complète de la biomasse sera envisagée. Les souches résiduelles jouent un rôle important dans la rétention de C et des nutriments dans le sol des plantations de pin. Nos résultats montrent que l'enlèvement des souches peut entraîner une diminution de C (-21 %) et de N (-35 %) dans le sol comparativement au traitement témoin bien qu'il soit possible d'atténuer les pertes de nutriments dans les stations pauvres par la fertilisation.[Traduit par la Rédaction]

Ecosystem carbon stocks in Pinus palustris forests

“…Markewitz et al (2002) reported no difference in soil C content on sandy soils up to 14 years after afforestation with longleaf pine on marginal agricultural lands on a 2-to 3-year fire interval, and on average, soil C to a 50 cm depth was 23 Mg C·ha −1 in plantations versus 42 Mg C·ha −1 in natural longleaf pine stands that were never tilled. Butnor et al (2012b) reported 60 Mg C·ha −1 soil C (down to 30 cm) for coarse loamy soils in 50-year-old longleaf pine stands in Mississippi planted after clear-cutting a mature longleaf pine stand and Table 5. Forest carbon stocks (Mg C·ha −1 ) in longleaf pine (Pinus palustris) stands stands ranging in age from 5 to 87 years.…”

Ecosystem carbon density and allocation across a chronosequence of longleaf pine forests

“…Thus, soil C in the present study (32-98 Mg C/ha) was lower than values reported for highly productive sites. However, soil C was in the range reported for pine plantations on eroded soils where marginal farmland was converted to pine plantations (Garten 2002, Markewitz et al 2002, Sartori et al 2007, Butnor et al 2012b. While prescribed burning periodically reduces the forest floor and C in surface soils, it has little effect on mineral soil C (Binkley et al 1992, Lavoie et al 2010.…”

Stumping trials in British Columbia — organic matter removal and compaction effects on tree growth from seedlings to midrotation stands

“…and Pinus elliotti Engelm. were lower in soil C and N compared with a similar harvested but nonstumped treatment (Butnor et al 2012). On a pine (Pinus contorta) stumping and raking trial, the main treatment effects on the coarse-textured soil were observed within the measured soil chemical properties, not in the soil physical properties, and were gone after 10 years, which led Hope (2007) to conclude that the treatments did not adversely affect soil bulk density or pine growth.…”