Stem and soil CO2 efflux responses of Pinus radiata plantations to temperature, season, age, time (day/night) and fertilization

Stem CO2 efflux is a highly variable component of the carbon budget of forest ecosystems. It reflects the balance between the CO2 respired by the living stem tissues, less the CO2 dissolved in the xylem sap moving upward in the transpiration stream, plus the CO2 transported from the roots and released at the stem. Although knowledge about such fluxes at different spatial and temporal scales has markedly increased, knowledge of the effects of silviculture treatments, such as fertilization, on stem CO2 effluxes are still limited, particularly when connecting above- and belowground processes. Using measurements obtained from twin plots (one control, one fertilized) installed in five-, 12- and 23-year-old stands of Pinus radiata , the objective of this study was to examine the influence of the temperature, stand age, fertilization, season and time of measurement (day/night) on the stem CO2 efflux, soil CO2 efflux and their ratio. There was a strong significant positive relationship between the stem CO2 efflux and temperature. The slope between these two variables declined as the stand age increased and was higher for nighttime than daytime measurements. The stem CO2 efflux was higher in the fertilized plots compared with the unfertilized (control) plots for the 5- and 12- but not the 23-year-old age classes. In contrast, the soil CO2 efflux was largely unaffected by the temperature, time of measurement (day/night), fertilization and stand age; however, significantly higher values of soil CO2 efflux were measured during spring than during the other seasons. Given the relative invariance of the soil CO2 efflux to the temperature and treatment effects, the ratio of the stem:soil CO2 effluxes was affected by the same factors as the stem CO2 effluxes. These results suggest that fertilization would increase wood production and wood CO2 efflux without changing the soil CO2 efflux, thus most likely proportionally increasing aboveground C partitioning and decrease belowground C partitioning, with this effect being enhanced at younger ages. El flujo de CO2 desde los fustes es una componente altamente variable en el balance global de carbono en ecosistemas forestales. Refleja el balance entre el CO2 respirado por los tejidos vivos del fuste, menos el CO2 disuelto en la savia del xilema que se mueve hacia arriba como resultado de la transpiracion, mas el CO2 transportado desde las raices y liberado en el fuste. Aunque el conocimiento acerca de estos flujos a diferentes escalas espaciales y temporales ha aumentado marcadamente, los efectos de tratamientos silviculturales, tales como la fertilizacion, en la respiracion de los fustes es aun limitada particularmente al conectar procesos arriba y abajo del suelo. Usando medidas en parcelas gemelas (una parcela testigo, una parcela fertilizada) instaladas en rodales de 5,12 y 23 anos de edad de Pinus radiata, el objetivo del estudio fue examinar la influencia de la temperatura, edad, fertilizacion, temporada y tiempo del dia (dia/noche) en los flujos de CO2 desde los fustes, desde los suelos y la razon entre ellos. Se encontro una fuerte relacion positiva entre el flujo de CO2 desde los fustes con la temperatura de los mismos. La pendiente entre estas dos variables declino con la edad, siendo superior durante la noche que durante el dia. El flujo de CO2 desde los fustes fue mayor en las parcelas fertilizadas que en las testigo en los rodales de 5 y 12 anos pero no en el de 23 anos. En contraste, los flujos de CO2 desde los suelos fueron mayoritariamente invariantes a la temperatura del suelo, al tiempo de medicion (dia/noche), fertilizacion y edad de los rodales; aunque dichos valores fueron significativamente mayores durante la primavera comparado con las otras temporadas. Dada la relativa invariabilidad de los flujos de CO2 de los suelos a la temperatura y a los efectos de los tratamientos (fertilizacion, edad, dia/noche), la razon de los flujos de CO2 entre fustes y suelos fueron afectados por los mismos factores que afectaron los flujos de CO2 desde los fustes. Estos resultados sugieren que la fertilizacion temprana aumenta drasticamente la produccion y flujos de CO2 de los fustes, sin cambiar los flujos de CO2 desde los suelos; o en otras palabras, asignando proporcionalmente mas carbono arriba del suelo y menos abajo del suelo, con este efecto decreciendo con la edad de la plantacion.