Ann. For. Sci. 64 (2007) 419-429
DOI: 10.1051/forest:2007019

¹³C and ¹⁵N isotopic fractionation in trees, soils and fungi in a natural forest stand and a Norway spruce plantation

Bernd Zeller^a, Claude Brechet^b, Jean-Paul Maurice^c and François Le Tacon<sup>d

a</sup>  UR1139 Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers, Centre INRA de Nancy, 54790 Champenoux, France
^b  UMR 1137 INRA-Nancy/Université Henri Poincaré Écologie et Écophysiologie Forestière, Centre INRA de Nancy, 54790 Champenoux, France
^c  Groupe mycologique Vosgien, 18 bis, place des Cordeliers, 88300 Neufchâteau, France
^d  UMR 1136 INRA-Nancy/Université Henri Poincaré Interactions Arbres Micro-Organismes, Centre INRA de Nancy, 54790 Champenoux, France

(Received 3 August 2006; accepted 18 January 2007; published online 24 May 2007)

Abstract - ¹⁵N and ¹³C natural abundances of foliage, branches, trunks, litter, soil, fungal sporophores, mycorrhizas and mycelium were determined in two forest stands, a natural forest and a Norway spruce plantation, to obtain some insights into the role of the functional diversity of saprotrophic and ectomycorrhizal fungi in carbon and nitrogen cycles. Almost all saprotrophic fungi sporophores were enriched in ¹³C relative to their substrate. In contrast, they exhibited no or very little shift of ¹⁵N. Judging from the amount of C discrimination, ectomycorrhizal fungi seem to acquire carbon from their host or from dead organic matter. Some ectomycorrhizal species seem able to acquire nitrogen from dead organic matter and could be able to transfer it to their host without nitrogen fractionation, while others supply their host with ¹⁵N-depleted nitrogen. Moreover ectomycorrhizal species displayed a significant N fractionation during sporophore differentiation, while saprotrophic fungi did not.

Résumé - Fractionnement isotopique 13C et 15N dans les arbres, le sol et les champignons pour un peuplement de forêt naturelle et une plantation d'épicéas. Les abondances naturelles du ¹⁵N et du ¹³C de la masse foliaire, des branches, des troncs, de la litière, du sol, des carpophores, des mycorhizes et du mycélium, ont été déterminées dans deux peuplements forestiers, une forêt naturelle et une plantation d'épicéas, afin d'obtenir quelques précisions sur le rôle de la diversité fonctionnelle des champignons saprophytes et ectomycorhiziens dans le cycle du carbone et de l'azote. Presque tous les champignons saprophytes présentent un enrichissement en ¹³C relativement à leur substrat. Par contre, ils ne présentent pas ou ne présentent que très peu de modifications du ¹⁵N. En fonction de leur taux de discrimination du carbone, les champignons ectomycorhiziens semblent pouvoir acquérir du carbone à la fois à partir de leur hôte et de la matière organique morte. Quelques espèces semblent capables d'acquérir de l'azote organique du sol et de le transférer sans fractionnement à leur hôte alors que d'autres fournissent leur hôte en azote appauvri en ¹⁵N. De plus, les espèces ectomycorhiziennes présentent un fractionnement significatif de l'azote pendant la différenciation des carpophores, alors que les champignons saprophytes n'en présentent pas.

Key words: ¹³C / ¹⁵N / forest stands / saprotrophic fungi / ectomycorrhizal fungi

Mots clés : 13C / 15N / peuplements forestiers / champignons saprophytes / champignons mycorhiziens

Corresponding author: zeller@nancy.inra.fr

© INRA, EDP Sciences 2007