Linkages Between Riparian Characteristics, Ungulate Grazing, and Geomorphology and Nutrient Cycling in Montane Grassland Streams

Abstract Catchment characteristics and disturbances control the conditions and processes found in stream ecosystems. We examined nutrient cycling linkages between riparian soils and adjacent streams and the impacts of the removal of ungulate grazing on these ecosystems and processes at six grazing exclosure sites in the Valles Caldera National Preserve, NM, USA. The exclusion of native and domestic ungulate grazers for 3 yr significantly increased the riparian aboveground biomass of standing vegetation (273 ± 155 in grazed vs. 400 ± 178 g . m−2 in exclosures) and litter (58 ± 75 in grazed vs. 110 ± 76 g . m−2 in exclosures) (P = 0.003 and 0.006, respectively). Except for an increase in total soil phosphorous (P) at three of the six sites, soil nutrient values were minimally affected by grazing after five growing seasons. Within the six sites studied, no connection was found between 0–15-cm depth soils, which were P-limited based on stoichiometric ratios, and stream nutrient availability or limitation, which were nitrogen limited. Stream geomorphology was not significantly altered by 5 yr of grazing exclusion. The elimination of grazing suppressed instream nutrient processing with significantly longer NH4 uptake lengths (P = 0.003). These results suggest the exclusion of ungulate grazing impacts terrestrial characteristics (increased standing vegetative biomass) that are linked to ecosystem services provided by adjacent aquatic ecosystems (reduced N-uptake). Management plans should carefully balance the positive effect of grazing on stream nutrient processing and retention reported here with the well-documented grazing-related loss of other ecosystem services such as decreased fish and aquatic invertebrate habitat and effects on water-quality parameters such as turbidity and water temperature. Resumen Las características del escurrimiento y los disturbios contralan las condiciones y procesos encontrados en ecosistemas de arroyos. Examinamos la relación del ciclo de nutrientes entre suelos ripiaros y arroyos adyacentes y el impacto de la remoción de ungulados pastoreando en esos ecosistemas y procesos en seis sitios excluidos al pastoreo en Valles Caldera National Preserve, NM, USA. La exclusión de ungulados nativos y exóticos pastoreando, por tres años incremento significativamente la biomasa aérea de la vegetación (273 ± 155 en pastoreo vs. 400 ± 178 g - m−2 en exclusiones) y mantillo (58 ± 75 en pastoreo vs. 110 ± 76 g . m−2 en exclusiones) (P = 0.003 and 0.006, respectivamente). A excepción de un incremento total de fósforo (P) en el suelo en tres de los seis sitios, los valores de nutrientes del suelo fueron mínimamente afectados por el pastoreo después de cinco temporadas de pastoreo. Dentro de los seis sitios estudiados, no se encontró conexión entre 0 a 15 cm de profundidad del suelo, las cuales fueron limitadas en P basados en proporciones estequiométricas, y la disponibilidad de nutrientes del arroyo o limitaciones las cuales fueron limitadas en nitrógeno. La geomorfología del arroyo no fue significativamente alterada por los cinco años de exclusión al pastoreo. La eliminación del pastoreo suprimió el proceso de nutrientes dentro del arroyo con significativamente mayor duración en la absorción de NH4 (P = 0.003). Estos resultados sugieren que la exclusión de ungulados pastoreando impacta las características terrestres (incremento en la biomasa de la vegetación de pie) que está relacionada a los servicios que provee el ecosistema por ecosistemas acuáticos adyacentes (reducción de absorción de N). Los planes de manejo deberán equilibrar cuidadosamente el efecto positivo del pastoreo en procesado de nutrientes en los arroyos y la retención reportada aquí con la bien documentada perdida de otros servicios del ecosistema por pastoreo tales como la disminución del hábitat de peces e invertebrados acuáticos y efectos en parámetros de calidad del agua como la turbidez y temperatura del agua.