CC
C. Czimczik
Author with expertise in Estimation of Forest Biomass and Carbon Stocks
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
13
(100% Open Access)
Cited by:
6,140
h-index:
41
/
i10-index:
71
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Basin-wide variations in Amazon forest structure and function are mediated by both soils and climate

Carlos Quesada et al.Jun 22, 2012
Abstract. Forest structure and dynamics vary across the Amazon Basin in an east-west gradient coincident with variations in soil fertility and geology. This has resulted in the hypothesis that soil fertility may play an important role in explaining Basin-wide variations in forest biomass, growth and stem turnover rates. Soil samples were collected in a total of 59 different forest plots across the Amazon Basin and analysed for exchangeable cations, carbon, nitrogen and pH, with several phosphorus fractions of likely different plant availability also quantified. Physical properties were additionally examined and an index of soil physical quality developed. Bivariate relationships of soil and climatic properties with above-ground wood productivity, stand-level tree turnover rates, above-ground wood biomass and wood density were first examined with multivariate regression models then applied. Both forms of analysis were undertaken with and without considerations regarding the underlying spatial structure of the dataset. Despite the presence of autocorrelated spatial structures complicating many analyses, forest structure and dynamics were found to be strongly and quantitatively related to edaphic as well as climatic conditions. Basin-wide differences in stand-level turnover rates are mostly influenced by soil physical properties with variations in rates of coarse wood production mostly related to soil phosphorus status. Total soil P was a better predictor of wood production rates than any of the fractionated organic- or inorganic-P pools. This suggests that it is not only the immediately available P forms, but probably the entire soil phosphorus pool that is interacting with forest growth on longer timescales. A role for soil potassium in modulating Amazon forest dynamics through its effects on stand-level wood density was also detected. Taking this into account, otherwise enigmatic variations in stand-level biomass across the Basin were then accounted for through the interacting effects of soil physical and chemical properties with climate. A hypothesis of self-maintaining forest dynamic feedback mechanisms initiated by edaphic conditions is proposed. It is further suggested that this is a major factor determining endogenous disturbance levels, species composition, and forest productivity across the Amazon Basin.
0
Paper
Citation578
0
Save
0

The above‐ground coarse wood productivity of 104 Neotropical forest plots

Yadvinder Malhi et al.Apr 29, 2004
Abstract The net primary production of tropical forests and its partitioning between long‐lived carbon pools (wood) and shorter‐lived pools (leaves, fine roots) are of considerable importance in the global carbon cycle. However, these terms have only been studied at a handful of field sites, and with no consistent calculation methodology. Here we calculate above‐ground coarse wood carbon productivity for 104 forest plots in lowland New World humid tropical forests, using a consistent calculation methodology that incorporates corrections for spatial variations in tree‐size distributions and wood density, and for census interval length. Mean wood density is found to be lower in more productive forests. We estimate that above‐ground coarse wood productivity varies by more than a factor of three (between 1.5 and 5.5 Mg C ha −1 a −1 ) across the Neotropical plots, with a mean value of 3.1 Mg C ha −1 a −1 . There appear to be no obvious relationships between wood productivity and rainfall, dry season length or sunshine, but there is some hint of increased productivity at lower temperatures. There is, however, also strong evidence for a positive relationship between wood productivity and soil fertility. Fertile soils tend to become more common towards the Andes and at slightly higher than average elevations, so the apparent temperature/productivity relationship is probably not a direct one. Coarse wood productivity accounts for only a fraction of overall tropical forest net primary productivity, but the available data indicate that it is approximately proportional to total above‐ground productivity. We speculate that the large variation in wood productivity is unlikely to directly imply an equivalent variation in gross primary production. Instead a shifting balance in carbon allocation between respiration, wood carbon and fine root production seems the more likely explanation.
0
Paper
Citation528
0
Save
0

Pattern and process in Amazon tree turnover, 1976–2001

Oliver Phillips et al.Mar 29, 2004
Previous work has shown that tree turnover, tree biomass and large liana densities have increased in mature tropical forest plots in the late twentieth century. These results point to a concerted shift in forest ecological processes that may already be having significant impacts on terrestrial carbon stocks, fluxes and biodiversity. However, the findings have proved controversial, partly because a rather limited number of permanent plots have been monitored for rather short periods. The aim of this paper is to characterize regional–scale patterns of ‘tree turnover’ (the rate with which trees die and recruit into a population) by using improved datasets now available for Amazonia that span the past 25 years. Specifically, we assess whether concerted changes in turnover are occurring, and if so whether they are general throughout the Amazon or restricted to one region or environmental zone. In addition, we ask whether they are driven by changes in recruitment, mortality or both. We find that: (i) trees 10 cm or more in diameter recruit and die twice as fast on the richer soils of southern and western Amazonia than on the poorer soils of eastern and central Amazonia; (ii) turnover rates have increased throughout Amazonia over the past two decades; (iii) mortality and recruitment rates have both increased significantly in every region and environmental zone, with the exception of mortality in eastern Amazonia; (iv) recruitment rates have consistently exceeded mortality rates; (v) absolute increases in recruitment and mortality rates are greatest in western Amazonian sites; and (vi) mortality appears to be lagging recruitment at regional scales. These spatial patterns and temporal trends are not caused by obvious artefacts in the data or the analyses. The trends cannot be directly driven by a mortality driver (such as increased drought or fragmentation–related death) because the biomass in these forests has simultaneously increased. Our findings therefore indicate that long–acting and widespread environmental changes are stimulating the growth and productivity of Amazon forests.
0
Paper
Citation472
0
Save
0

Variations in chemical and physical properties of Amazon forest soils in relation to their genesis

C. Quesada et al.May 17, 2010
Abstract. Soil samples were collected in six South American countries in a total of 71 different 1 ha forest plots across the Amazon Basin as part of the RAINFOR project. They were analysed for total and exchangeable cations, C, N, pH with various P fractions also determined. Physical properties were also examined and an index of soil physical quality proposed. A diverse range of soils was found. For the western areas near the Andean cordillera and the southern and northern fringes, soils tend to be distributed among the lower pedogenetic levels, while the central and eastern areas of Amazonia have more intensely weathered soils. This gives rise to a large variation of soil chemical and physical properties across the Basin, with soil properties varying predictably along a gradient of pedogenic development. Nutrient pools generally increased slightly in concentration from the youngest to the intermediate aged soils after which a gradual decline was observed with the lowest values found in the most weathered soils. Soil physical properties were strongly correlated with soil fertility, with favourable physical properties occurring in highly weathered and nutrient depleted soils and with the least weathered, more fertile soils having higher incidence of limiting physical properties. Soil phosphorus concentrations varied markedly in accordance with weathering extent and appear to exert an important influence on the nitrogen cycle of Amazon forest soils.
0
Paper
Citation449
0
Save
0

Seasonal dynamics and age of stemwood nonstructural carbohydrates in temperate forest trees

Andrew Richardson et al.Nov 29, 2012
Summary Nonstructural carbohydrate reserves support tree metabolism and growth when current photosynthates are insufficient, offering resilience in times of stress. We monitored stemwood nonstructural carbohydrate (starch and sugars) concentrations of the dominant tree species at three sites in the northeastern United States. We estimated the mean age of the starch and sugars in a subset of trees using the radiocarbon ( 14 C) bomb spike. With these data, we then tested different carbon (C) allocation schemes in a process‐based model of forest C cycling. We found that the nonstructural carbohydrates are both highly dynamic and about a decade old. Seasonal dynamics in starch (two to four times higher in the growing season, lower in the dormant season) mirrored those of sugars. Radiocarbon‐based estimates indicated that the mean age of the starch and sugars in red maple ( Acer rubrum ) was 7–14 yr. A two‐pool (fast and slow cycling reserves) model structure gave reasonable estimates of the size and mean residence time of the total NSC pool, and greatly improved model predictions of interannual variability in woody biomass increment, compared with zero‐ or one‐pool structures used in the majority of existing models. This highlights the importance of nonstructural carbohydrates in the context of forest ecosystem carbon cycling.
0
Paper
Citation366
0
Save
0

Microbial activity and soil respiration under nitrogen addition in Alaskan boreal forest

Steven Allison et al.Jan 20, 2008
Abstract Climate warming could increase rates of soil organic matter turnover and nutrient mineralization, particularly in northern high‐latitude ecosystems. However, the effects of increasing nutrient availability on microbial processes in these ecosystems are poorly understood. To determine how soil microbes respond to nutrient enrichment, we measured microbial biomass, extracellular enzyme activities, soil respiration, and the community composition of active fungi in nitrogen (N) fertilized soils of a boreal forest in central Alaska. We predicted that N addition would suppress fungal activity relative to bacteria, but stimulate carbon (C)‐degrading enzyme activities and soil respiration. Instead, we found no evidence for a suppression of fungal activity, although fungal sporocarp production declined significantly, and the relative abundance of two fungal taxa changed dramatically with N fertilization. Microbial biomass as measured by chloroform fumigation did not respond to fertilization, nor did the ratio of fungi : bacteria as measured by quantitative polymerase chain reaction. However, microbial biomass C : N ratios narrowed significantly from 16.0 ± 1.4 to 5.2 ± 0.3 with fertilization. N fertilization significantly increased the activity of a cellulose‐degrading enzyme and suppressed the activities of protein‐ and chitin‐degrading enzymes but had no effect on soil respiration rates or 14 C signatures. These results indicate that N fertilization alters microbial community composition and allocation to extracellular enzyme production without affecting soil respiration. Thus, our results do not provide evidence for strong microbial feedbacks to the boreal C cycle under climate warming or N addition. However, organic N cycling may decline due to a reduction in the activity of enzymes that target nitrogenous compounds.
0
Citation364
0
Save
0

Controls on black carbon storage in soils

C. Czimczik et al.Jul 24, 2007
Fire‐derived black carbon (BC: charcoal and soot) has been thought to be a passive player in soils, contributing to the refractory soil organic carbon (SOC) pool, but playing no role in pedogenesis and regional short‐term carbon cycling. This model, however, is at odds with recent results on the role of charcoal in soil fertility and its detection in the dissolved organic carbon (DOC) pool. For example, if BC simply accumulated passively in soils, its pattern of accumulation should match a simple model correlating fire frequency to BC storage. Instead, soil type, climate, biota, and land use practices all appear to play roles in controlling whether BC accumulates or is lost from soils. We summarize current knowledge of BC‐soil interactions and construct a new paradigm describing the controls on BC storage in soils. We reconcile the refractory‐labile BC paradox by proposing a model where BC storage is controlled by (1) fire frequency, (2) ecosystem presence or absence of aromatic precursor carbon and appropriate combustion conditions, (3) biological or physical mixing to remove BC from the soil surface, where it is vulnerable to combustion in future fires, (4) the presence or absence of soil mineral fractions able to sorb BC into the long‐term stable carbon pool, and (5) the presence of microbial communities capable of degrading aromatic carbon. We also recognize that soil BC/SOC ratios are strongly influenced by land‐use practices and add (6) human activities as a final control.
0
Paper
Citation345
0
Save
0

Large loss of CO2 in winter observed across the northern permafrost region

Susan Natali et al.Oct 21, 2019
Recent warming in the Arctic, which has been amplified during the winter1-3, greatly enhances microbial decomposition of soil organic matter and subsequent release of carbon dioxide (CO2)4. However, the amount of CO2 released in winter is highly uncertain and has not been well represented by ecosystem models or by empirically-based estimates5,6. Here we synthesize regional in situ observations of CO2 flux from arctic and boreal soils to assess current and future winter carbon losses from the northern permafrost domain. We estimate a contemporary loss of 1662 Tg C yr-1 from the permafrost region during the winter season (October through April). This loss is greater than the average growing season carbon uptake for this region estimated from process models (-1032 Tg C yr-1). Extending model predictions to warmer conditions in 2100 indicates that winter CO2 emissions will increase 17% under a moderate mitigation scenario-Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5-and 41% under business-as-usual emissions scenario-RCP 8.5. Our results provide a new baseline for winter CO2 emissions from northern terrestrial regions and indicate that enhanced soil CO2 loss due to winter warming may offset growing season carbon uptake under future climatic conditions.
0
Paper
Citation329
0
Save
Load More