Dijkstra,F.A., Van Breemen,N., Jongmans,A.G., Davies,G.R. and Likens,G.E.(2003): Calcium weathering in forested soils and the effect of different tree species. Biogeochemistry, 62, 253-275.


 Soil weathering can be an important mechanism to neutralize acidity in forest soils. Tree species may differ in their effect on or response to soil weathering. We used soil mineral data and the natural strontium isotope ratio 87Sr/86Sr as a tracer to identify the effect of tree species on the Ca weathering rate. The tree species studied were sugar maple (Acer saccharum), hemlock (Tsuga Canadensis), American beech (Fagus grandifolia), red maple (Acer rubrum), white ash (Fraxinus Americana) and red oak (Quercus rubra) growing in a forest in northwestern Connecticut, USA. Three replicated sites dominated by one of the six tree species were selected. At sugar maple and hemlock sites the dominant mineral concentrations were determined at three soil depths. At each site soil, soil water and stem wood of the dominant tree species were sampled and analyzed for the 87Sr/86Sr ratio, total Sr and Ca content. Atmospheric deposition was collected and analyzed for the same constituents. Optical analysis showed that biotite and plagioclase concentrations were lower in the soil beneath hemlock than beneath sugar maple and suggested species effects on mineral weathering in the upper 10 cm of the mineral soil. These results could not be confirmed with data obtained by the Sr isotope study. Within the sensitivity of the Sr isotope method, we could not detect tree species effects on Ca weathering and calculated Ca weathering rates were low at all sites (<60 mg m-2 yr-1). We found a positive correlation between Ca weathering and the total Ca concentration in the surface soil. These results indicate that the absolute differences in Ca weathering rate between tree species in these acidic surface soils are small and are more controlled by the soil parent material (plagioclase content) than by tree species.

Key words: Calcium; Isotopes; Strontium; Trees; Weathering』

 土壌風化は森林土壌の酸性度を中和する重要なメカニズムでありうる。樹木種は、土壌風化に対してあるいはそれに応じて、それぞれの影響が異なるであろう。我々は、Ca風化速度に対する樹木種の影響を定めるために、土壌鉱物データおよびトレーサーとしての天然ストロンチウム同位体比87Sr/86Srを用いた。研究した樹木種は、米国コネチカット州北西部の森林に生育するサトウカエデ(Acer saccharum)、カナダツガ(Tsuga Canadensis)、アメリカブナ(Fagus grandifolia)、アメリカハナノキ(Acer rubrum)、ホワイトアッシュ(Fraxinus Americana)、レッドオーク(Quercus rubra)であった。この6つの樹木種の1つが優勢な3つの重複する試験地が選ばれた。サトウカエデとカナダツガの試験地では、主要な鉱物濃度が3つの土壌深度で決定された。各試験地では、土壌・土壌水・優勢樹種の幹部が採取され、87Sr/86Sr比および全SrとCa含有量が分析された。大気降下物が集められ、同じ成分が分析された。光学分析により、黒雲母と斜長石濃度がサトウカエデ下よりもカナダツガ下の土壌で低いことが示され、鉱物土壌の上部10cmで樹種の影響が認められた。これらの結果は、Sr同位体研究から得られたデータでは確認されなかった。Sr同位体法の感度以内で、我々はCa風化に対する樹木種の影響を検出できず、計算されたCa風化速度はすべての実験地で低かった(<60mg/m2/年)。我々は、Ca風化と表層土中の全Ca濃度間に正の相関を見出した。これらの結果は、これらの酸性表層土での樹木種間のCa風化速度の絶対的な差は小さく、樹木種によるよりも土壌の母材(斜長石含有量)によりコントロールされることを示している。』

 Study site
 Chemical and mineralogical analyses
 Calculations and statistical analyses
 Derivation of weathering equation