Environmental controls on soil CO2 flux following fire in black spruce, white spruce, and aspen stands of interior Alaska

Boreal forests contain large amounts of stored soil carbon and are susceptible to periodic disturbance by wildfire. This study evaluates the relationship between post-fire changes in soil temperature, moisture, and CO2 exchange in paired burned and control stands of three Alaskan forest systems: Picea mariana (Mill.) BSP, Picea glauca (Moench) Voss, and Populus tremuloides Michx. In these systems, the environmental factor that most directly controlled rates of carbon exchange varied depending upon burn status and soil drainage. In mature unburned stands, CO2 flux was highly correlated with seasonal patterns of soil temperature. Following fire, these soils became significantly warmer, and carbon exchange became more sensitive to fluctuations in surface moisture conditions. The effect of fire on soil climate was most pronounced in the P. mariana stands, which experienced a mean seasonal temperature increase of 5–8°C in the upper 1 m of the soil profile, a 200% increase in the rate of active layer thaw, and a reduction in mean surface moisture potential. Evidence from soil CO2 profiles suggests that these environmental changes may have resulted in enhanced decomposition of carbon previously immobilized by permafrost, potentially transforming a landscape that was once a net sink for carbon into a carbon source. Résumé : Les forêts boréales dont le sol recèle de grandes quantités de carbone sont périodiquement perturbées par le feu. Cette étude évalue la relation entre les perturbations qui surviennent après feu dans la température et l’humidité du sol et les échanges de CO2 dans des peuplements témoins et des brûlis jumelés appartenant à trois écosystèmes forestiers en Alaska : Picea mariana (Mill.) BSP, Picea glauca (Moench) Voss et Populus tremuloides Michx. Dans ces trois écosystèmes, le facteur environnemental qui contrôle le plus directement le taux d’échange de carbone varie selon le drainage et le fait qu’il y ait eu ou non un feu. Dans les peuplements matures non brûlés, le flux de CO2 est étroitement corrélé aux patrons saisonniers de température du sol. Après un feu, la température de ces sols s’élève et les échanges de carbone deviennent plus sensibles aux fluctuations du taux d’humidité en surface. L’effet du feu sur le climat du sol est le plus prononcé dans les peuplements de P. mariana qui subissent une augmentation de la température moyenne saisonnière de 5 à 8 °C dans le premier mètre du profil de sol, une augmentation de 200 % dans le taux de dégel de l’horizon actif et une diminution du potentiel hydrique moyen en surface. Des indices provenant des profils de CO2 du sol indiquent que ces changements environnementaux ont pu entraîner une augmentation de la décomposition du carbone qui était immobilisé dans le pergélisol, transformant possiblement un paysage qui était jadis un puits de carbone en source de carbone. [Traduit par la Rédaction] O’Neill et al. 1541