Ann. For. Sci. 61 (2004) 499-505
DOI: 10.1051/forest:2004044

Interannual variation of soil respiration in a beech forest ecosystem over a six-year study

Daniel Epron^{a, b}, Jérome Ngao^c and André Granier<sup>c

a</sup>  Laboratoire de Biologie et Écophysiologie, Université de Franche-Comté, Pôle Universitaire, BP 71427, 25211 Montbéliard Cedex, France
^b  Current address: Université Henri Poincaré - UMR 1137 INRA UHP, Écologie et Écophysiologie forestières, BP 239, 54506 Vandoeuvre-les-Nancy Cedex, France
^c  UMR INRA UHP Écologie et Écophysiologie Forestières, Centre INRA de Nancy, 54280 Champenoux, France

(Received 3 March 2003; accepted 29 September 2003)

Abstract - Soil respiration was measured for six years from June 1996 to December 2001 in order to investigate both seasonal and interannual variations in a young beech forest in North Eastern France (Hesse forest). Soil respiration exhibited pronounced seasonal variations that clearly followed the seasonal changes in soil temperature (T) and soil water content (W). An exponential function (y = AWe^BT) fitted the data well, and including a linear effect of soil water content on soil respiration strongly improved the predictive capacity of the model. However, the increase in residuals when plotted against the date of measurements clearly evidenced that changes in soil temperature or soil water content failed to predict the increase in soil respiration with time, highlighting that the interannual variation in soil respiration was not solely due to direct climate effects. When fitted against single year data, the temperature sensitivity coefficient (B) was very close for both years while the pre-exponential factor (A) for 1997 was half of those for 2001. The model was further run over the entire data set, allowing A to vary from one year to another. There was a close agreement between predicted and observed soil respiration and A exhibited a linear trend with time with a high value for 1999 after thinning.

Résumé - Variation interannuelle de la respiration du sol dans une hêtraie au cours de six années de mesure. La respiration du sol a été mesurée pendant six années de juin 1996 à décembre 2001 pour analyser les variations saisonnières et interannuelles dans une jeune hêtraie du nord-est de la France (forêt de Hesse). La respiration du sol montrait des variations saisonnières marquées, reflétant clairement les changements saisonniers de la température (T) et du contenu en eau du sol (W). Une fonction exponentielle (y = AWe^BT) s'ajustait correctement sur les données, et le fait d'inclure un effet linéaire du contenu en eau du sol augmentait considérablement les capacités prédictives du modèle. Néanmoins, l'augmentation des résidus lorsqu'ils étaient tracés en fonction de la date de mesure montrait clairement que les changements de température et de contenu en eau du sol ne permettaient pas de prédire les variations de respiration du sol au cours du temps, soulignant le fait que les variations interannuelles de la respiration du sol n'étaient pas uniquement dues à des effets directs du climat. Lorsqu'ils étaient ajustés sur les données d'une seule année, le coefficient de sensibilité à la température (B) était très proche pour les deux années de mesures alors que le facteur pré-exponentiel (A) était deux fois plus faible en 1997 qu'en 2001. Lorsque le modèle est appliqué sur l'ensemble du jeu de données, en permettant à A de varier d'une année sur l'autre, la respiration prédite était très proche de la respiration mesurée, et A montrait une augmentation linéaire avec le temps, avec une valeur élevée en 1999 après une éclaircie.

Key words: carbon flux / beech / soil respiration / interannual variability / thinning / Fagus sylvatica

Mots clés : flux de carbone / hêtre / respiration du sol / variabilité interannuelle / éclaircie / Fagus sylvatica

Corresponding author: Daniel Epron Daniel.Epron@scbiol.uhp-nancy.fr

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