Forest Edges as Nutrient and Pollutant Concentrators: Potential Synergisms between Fragmentation, Forest Canopies, and the Atmosphere

Authors


* email weathersk@ecostudies.org

Abstract

Abstract: Forest fragmentation leads to a dramatic increase in forest edge, and these edges may function as traps and concentrators for wind-borne nutrients and pollutants. We assessed the influence of forest edges on atmospheric deposition and subsequent inputs to the forest floor in deciduous-forest fragments in the eastern United States. To quantify these inputs, we collected throughfall—water that has passed through the forest canopy—from edge and interior zones of forests adjacent to open fields. During the 1995 growing season, atmospheric input (wet and dry deposition) of sulfur to forest edge zones was elevated compared with input to forest interiors. Throughfall fluxes of dissolved inorganic nitrogen and calcium were also greater at edges than interiors. The mean edge increases ranged from 17% to 56% for the nutrients and pollutants we measured. When we manipulated the structure of forest edges by removing all vegetation below half the canopy height, throughfall flux in the edge zone declined sharply and was less than that of the respective interior zone. Changing the vegetation structure of the edge also shifted the zone of highest throughfall flux farther into the interior of the forest. Our data suggest that forest edges can function both as significant traps for airborne nutrients and pollutants from adjoining agricultural or urban landscapes and effective concentrators of below-canopy chemical fluxes. These enhanced fluxes may have cascading effects on soil-nutrient cycling, microbial activity, seedling dominance, and other ecological processes near forest edges.

Abstract

Resumen: La fragmentación del bosque conduce a un incremento dramático del borde del bosque y estos bordes pueden funcionar como trampas y concentradores de nutrientes y contaminantes acarreados por el viento. Evaluamos la influencia de los bordes del bosque en la deposición atmosférica y aporte resultante al suelo en fragmentos de bosque deciduo en el Este de los Estados Unidos. Para cuantificar estos aportes, colectamos el agua que pasa a través del dosel del bosque, en el borde y zonas del interior del bosque adyacentes a campos abiertos. Durante la estación de crecimiento de 1995, el aporte atmosférico (deposición seca y húmeda) de azufre en las zonas de borde fue elevada comparada con los aportes en el interior del bosque. Los flujos de nitrógeno y calcio inorgánico disuelto en el agua que pasa a través del dosel fue también mayor en los bordes que en los interiores. El incremento promedio de los nutrientes y contaminantes medidos varió entre el 17 y el 56 %. Cuando se manipuló la estructura de los bordes del bosque al removerse toda la vegetación menor a la mitad de la altura del dosel, el paso de agua en la zona de borde disminuyó considerablemente y fue menor que en su zona respectiva del interior para nutrientes. Los cambios en la estructura de la vegetación del borde también cambiaron la zona de mayor flujo de agua a través del dosel hacia el interior del bosque. Nuestros datos sugieren que los bordes pueden funcionar tanto como trampas importantes de nutrientes y contaminantes del aire y de contaminantes provenientes de las zonas agrícolas y urbanas adyacentes y como concentradores eficientes de flujos de químicos por debajo del dosel. Estos flujos incrementados pueden tener efectos en cascada sobre los ciclos de nutrientes, la actividad microbiana, la dominancia de plántulas y otros procesos ecológicos cerca de los bordes del bosque.

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