Effects of boreal forest fertilization on carbon storage and ectomycorrhizal fungi

Abstract

Boreal forests represent a large fraction of the global carbon (C) stock. Increasing attention is given to utilizing these forests in the battle against climate changed driven by increased atmospheric CO2. Part of this solution is fertilizing boreal forests in order to increase C accumulation, as proposed by the Norwegian Environment Agency in the document “Klimakur 2030” (Søgaard et al., 2020). It is widely accepted that fertilization increase aboveground biomass production, but less is known about the effects is has on carbon storage in soil. Much of the accumulated C in boreal forests is stored in soil, where it persists many orders of magnitude longer than above ground. One of the pathways that leads C from CO2 in the air to deep underground is through root associations between plants ectomycorrhizal (EM) fungi. These associations depend on a mutual benefit for both plant and fungus. There are indications that fertilization, and especially addition of nitrogen may disrupt this pathway, and consequently lessen the beneficial effect of fertilization. In this study fertilizer was added to sample plots in a forest in central Norway are part of a long term fertilization experiment started in 2013. Soil samples were taken on fertilized plots and nearby control plots at three dates during the growing season of 2019. The aim of the study was to identify if fertilization affects soil C and N as well as production and stocks of fungal biomass in the topmost organic soil, including litter, as well as the mineral soil directly beneath it. C and N content in organic topsoil was higher in fertilized plots than control plots on all sampling dates. Results show a similar increase in C, N and fungal biomass during the growing season in the upper organic soil layer for fertilized and control plots. The amount of total fungal biomass in the mineral rich lower soil layer was less in the fertilized plots at the end of the growing season. This can indicate production of newly formed mycelium or faster decomposition. The available literature shows contrasting effects of fertilization, and further study is required to fully understand the consequences for EM fungi and soil C stocks.

Boreal skog utgjør en stor andel av det globale karbonlageret. Utnyttelse av denne skogen i kampen mot klimaendringer som følge av økt atmosfærisk CO2 er i vinden som aldri før. Miljødirektoratet tar dette for seg i rapporten «Klimakur 2030», der de blant annet foreslår å øke skogens opptak av CO2 ved å gjødsle den. Det er allment akseptert at gjødsling øker biomasseproduksjonen i treverket over bakken, men man vet mindre om effekten det har under jorda. En stor andel av karbonlageret i boreale skoger ligger i jorda, og karbonet her blir værende mye lenger enn det over bakken. En av måtene karbonet fra CO2 ender opp dypt under bakken er via koblinger mellom planterøtter og en type sopp som kalles mykorrizasopp. Funksjonen av disse koplingene er bundet til et gjensidig avhengighetsforhold. Studier antyder at gjødsling kan forstyrre dette forholdet, spesielt gjelder dette tilførsel av nitrogen. Kort sagt kan det føre til at trærne ikke lenger vil sende like mye karbon ned under jorda, slik at fordelen man får ved å gjødsle blir mindre, og i verste fall kan snu til å bli negativt for langsiktig karbonlagring. Denne studien er en del av er skogsgjødslingforsøk som startet i 2003, og det ble tatt jordprøver av det organiske topplaget i tillegg til mineraljorden under, både av gjødslede prøveflater og nærliggende kontrollflater ved tre anledninger i løpet av vekstsesongen i 2019. Målet med studien var å undersøke om gjødsling påvirker mengden karbon, nitrogen og produksjon og lagring av soppbiomasse i jorda. Resultatene viser at mengden karbon, nitrogen og soppbiomasse øker i det øverste organiske jordlaget i løpet av vekstsesongen både for gjødslete flater og kontrollflater. Verdiene var også høyere ved den første prøvetakingen som ble gjort før gjødsling, dette viser en varig effekt av gjødslingsforsøket som startet i 2013. Det var også mindre soppbiomasse i den dypere mineraljorden ved enden av vekstsesongen. Dette kan bety lavere tilvekst av soppmycel, eller raskere nedbrytning. Det er motstridene resultater i litteraturen som omhandler effekten av skoggjødsling, og det er nødvendig med videre studier for å fullt ut forstå virkningene på mykorrizasopp og karbonlageret i jorda.