Conversion of a natural broad-leafed evergreen forest into pure plantation forests in a subtropical area: Effects on carbon storage

Abstract

For the last several decades, native broad-leafed forests in many areas of south China have been converted into plantations of more productive forest species for timber use. This paper presents a case study examining how this forest conversion affects ecosystem carbon storage by comparing 33 year-old plantations of two coniferous trees, Chinese fir (Cunninghamia lanceolata, CF) and Fokienia hodginsii (FH) and two broadleaved trees, Ormosia xylocarpa (OX) and Castanopsis kawakamii (CK), with an adjacent relict natural forest of Castanopsis kawakamii (NF, ~150 year old) in Sanming, Fujian, China. Overall estimates of total ecosystem carbon pools ranged from a maximum of 399.1 Mg ha -1 in the NF to a minimum of 210.6 Mg ha -1 in the FH. The combined tree carbon pool was at a maximum in the NF where it contributed 64% of the total ecosystem pool, while the OX had the lowest contribution by trees at only 49%. Differences were also observed for the carbon pools of undergrowth, forest floor and standing dead wood, but that these pools together represent at the most 5% of the ecosystem C stock. Total C storage in the surface 100 cm soils ranged from 123.9 Mg ha -1 in the NF to 102.3 Mg ha -1 in the FH. Significant differences (P < 0.01) in SOC concentrations and storage between native forest and the plantations were limited to the surface soils (0-10 cm and 10-20 cm), while no significant difference was found among the plantations at any soil depth (P > 0.05). Annual aboveground litterfall C ranged from 4.51 Mg ha -1 in the CK to 2.15 Mg ha -1 in the CF, and annual belowground litterfall (root mortality) C ranged from 4.35 Mg ha -1 in the NF to 1.25 Mg ha -1 in the CF. When the NF was converted into tree plantations, the vegetation C pool (tree plus undergrowth) was reduced by 27-59%, and the detritus C pool (forest floor, standing dead wood, and soils) reduced by 20-25%, respectively. These differences between the NF and the plantations may be attributed to a combination of factors including more diverse species communities, more C store types, higher quantity and better quality of above-and belowground litter materials under the NF than under the plantations and site disturbance during the establishment of plantations. carbon storage / carbon input / natural forest / monoculture plantation Rsum -Conversion d'une fort naturelle feuillue en plantations forestires pures en zone subtropicale : effets sur le stockage de carbone. Dans les dernires dcades, dans beaucoup de zones de la Chine du Sud, des forts feuillues naturelles ont t transformes en plantations plus productives en bois. Cet article prsente une tude de cas examinant comment cette conversion forestire affecte le stockage de carbone dans l'cosystme. L'tude compare des plantations ges de 33 ans de deux conifres, Cunninghamia lanceolata (CF) et Fokienia hodginsii (FH) et deux feuillus, Ormosia xylocarpa (OX) et Castanopsis kawakamii (CK) avec une fort naturelle relictuelle adjacente de Castanopsis kawakamii (NF), ge d'environ 150 ans, Sanming, Fujian en Chine. Une estimation gnrale des pools totaux de carbone permet de les classer depuis un maximum 399.1 Mg ha -1 pour NF jusqu' un minimum de 210.6 Mg ha -1 pour FH. Le pool de carbone des arbres tait maximum pour NF o il contribue pour 64 % dans le pool total de carbone de l'cosystme, alors que OX prsente la contribution des arbres la plus faible, seulement 49 % Des diffrences ont aussi t observes pour les pools de carbone du sous-bois, de la couverture du sol et des bois morts sur pied, mais ensemble ces pools reprsentent au maximum 5 % du stock total de carbone de l'cosystme. Le stockage de C dans les 100 cm de sol variait de 123.9 Mg -1 pour NF 102.3 Mg ha -1 pour FH. Les diffrences significatives (P < 0,01) dans les concentrations en SOC (carbone organique du sol) et en stockage, entre fort naturelle et plantations, taient limites la surface du sol (0-10 cm et 10-20 cm), tandis qu'il n'a pas t trouv de diffrences significatives parmi les plantations quelle que soit la profondeur de sol (P > 0,05). La chute annuelle de litire au-dessus du sol variait de 4.51 Mg ha -1 pour CK 0 2.15 mg ha -1 pour CF. La litire annuelle souterraine (mortalit racinaire) variait de 4.35 Mg ha -1 pour NF 0 1.25 mg ha -1 pour CF. Lorsque NF a t transform en plantations, le pool de carbone de la vgtation (arbres + sous-bois) a t rduit de 27 % 59 % et le pool de carbone de dtritus (couverture du sol, arbres morts sur pied, et sols) a t rduit de 20 25 % respectivement. Ces diffrentes entre NF et les plantations peuvent tre attribues une combinaison de facteurs comprenant davantage de communauts d'espces, davantage de types de stockage, une quantit plus grande et une meilleure qualit des litires ariennes et souterraines pour NF que pour les plantations et aux perturbations des terrains au moment de la mise en place des plantations. stockage de carbone / apport de carbone / fort naturelle / monoculture en plantation