Microclimatic and soil moisture responses to gap formation in coastal Douglas-fir forests

Abstract

The effects of gap formation on solar radiation, soil and air temperature, and soil moisture were studied in mature coniferous forests of the Pacific Northwest, U.S.A. Measurements were taken over a 6-year period in closedcanopy areas and recently created gaps in four stands of mature (90-140 years) and old-growth (>400 years) Douglasfir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) forest in the western Cascade Range of central Oregon and southern Washington. Gap sizes ranged from 40 to 2000 m 2 . Summer solar radiation levels and soil temperatures differed significantly among gap sizes and positions within gaps and were driven primarily by patterns of direct radiation. Nevertheless, effects on air temperature were slight. Soil moisture was more abundant in gaps than in controls, was most abundant in intermediate gap sizes, and tended to decline during the growing season in single-tree gaps and on the north edges of large gaps. However, there was substantial variation in moisture availability within individual gaps, primarily related to the variety of organic substrates present. Moisture in gaps declined over multiple years, likely caused by encroachment of vegetation within and around gaps. Low light levels probably limit filling of natural gaps in these forests, but the variety of microenvironments in large gaps may facilitate diverse plant communities.Résumé : Les effets de la formation des trouées sur le rayonnement solaire, la température du sol et de l'air ainsi que l'humidité du sol ont été étudiés dans des forêts matures de conifères du Pacifique Nord-Ouest, aux États-Unis. Les mesures ont été prises pendant une période de 6 ans dans des endroits à couvert fermé et dans des trouées récemment créées dans quatre peuplements de forêt mature (90 à 140 ans) ou ancienne (>400 ans) de douglas de Menzies (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco), située dans la partie ouest de la chaîne des Cascades du centre de l'Oregon et du sud de l'état de Washington. La taille des trouées variait de 40 à 2000 m 2 . Le niveau de rayonnement solaire estivale et la température du sol variaient significativement selon la taille des trouées et selon la position dans les trouées. Le rayonnement au sol était surtout fonction du rayonnement solaire direct. Les effets sur la température de l'air étaient toutefois minimes. L'humidité du sol était plus élevée dans les trouées que dans les zones témoins; elle était surtout importante dans les trouées de taille moyenne et tendait à diminuer pendant la saison de croissance dans les petites trouées causées par la chute d'un arbre et à la bordure nord des grandes trouées. Il y avait toutefois une variation substantielle de la disponibilité en eau à l'intérieur d'une même trouée, essentiellement en fonction de la variété de substrats organiques présents. L'humidité dans les trouées déclinait au cours des années, probablement à cause de l'empiètement de la végétation à l'intérieur et autour des trouées. Les faibles niveaux de lumière limitent probablement le repeuplement des trouées naturelles dans ce...

Effects of gap size and within-gap position on seedlings establishment in silver fir stands

“…1). These find ings are in accordance with Gray et al (2002) in gap sizes that ranged from 40 to 2000 m 2 in mature Douglas-fir forests in the Pacific Northwest (USA). In a different way, according to the studies of McGuire et al (2001) and Gagnon et al (2003) in Pinus palustris stands in Florida and Georgia (USA), soil moisture did not vary from the gap edge to gap centre when drought condi tions prevailed.…”

“…Treefall gap disturbances are important to the species dynamics of many forest types (Pickett & White 1985, Platt & Strong 1989. In addition, gaps are important in maintaining and enhancing biological di versity (Fenner 1985, Denslow 1987, Whit more 1989, Brokaw & Scheiner 1989, Poulson & Platt 1989, Busing & White 1997, Coates & Burton 1997, Gray et al 2002.…”

Effect of thinning-induced gap size on soil CO2 efflux in a reforested spruce forest in the eastern Tibetan Plateau

“…Similar results have been reported for other spruce forests (Nilsen and Strand, 2008;Vranova et al, 2009) and other forest ecosystems (Brumme, 1995;Sullivan et al, 2008;Tang et al, 2005b). Reductions in R s rate by forest thinning are linked to thinninginduced changes in microclimate (Galhidy et al, 2006;Gray et al, 2002), substrate availability (Selig et al, 2008;Zu et al, 2009), soil microbes (Arunachalam and Arunachalam, 2000;Zhang and Zak, 1998), and fine roots (Peng and Thomas, 2006;Tang et al, 2005b).…”

“…In the terrestrial ecosystem, R s rate is profoundly influenced by both biotic 2010). Thinning may affect R s rate by influencing root biomass (Brumme, 1995;Peng and Thomas, 2006;Tang et al, 2005b), soil microclimate (Galhidy et al, 2006;Gray et al, 2002;Pang et al, 2013), belowground C allocation (Selig et al, 2008;Tian et al, 2010;Zu et al, 2009), and microbial community structure (Arunachalam and Arunachalam, 2000;Zhang and Zak, 1998;Zu et al, 2009). Thinning may cause the immediate decrease in R s rate due to the decrease in respiration from tree roots (Tang et al, 2005b).…”

Factors controlling the regeneration process in unevenly aged silver fir forests: inferences from the spatial pattern of trees

“…Trees directly modify microclimatic conditions on the forest floor (Pukkala et al 1993;Canham et al 1994;Parker 1997;Gray et al 2002), exert influence on characteristics of the soil through root systems and litter-fall (Hirabuki 1991;Liski 1995;Dieffenbach, Matzner 2000;Hinsinger et al 2003), change physical and chemical properties of precipitation (Janek 2002), and form habitats for animals and forest floor vegetation (Paluch 2005b). Therefore, it seems likely that the spatial pattern of trees also affects the spatial pattern of regeneration.…”