Influence of 90 Years of Protection From Grazing on Plant and Soil Processes in the Subalpine of the Wasatch Plateau, USA

Abstract

Human communities in the Intermountain West depend heavily on subalpine rangelands because of their importance in providing water for irrigation and forage for wildlife and livestock. In addition, many constituencies are looking to managed ecosystems to sequester carbon in plant biomass and soil C to reduce the impact of anthropogenic CO2 on climate. This work builds on a 90-year-old grazing experiment in mountain meadows on the Wasatch Plateau in central Utah. The purpose of this study was to evaluate the influence of 90 years of protection from grazing on processes controlling the input, output, and storage of C in subalpine rangelands. Long-term grazing significantly reduced maximum biomass in all years compared with plots within grazing exclosures. For grazed plots, interannual variability in aboveground biomass was correlated with July precipitation and temperature (R2 = 0.51), while there was a weak correlation between July precipitation and biomass in ungrazed plots (R2 = 0.24). Livestock grazing had no statistically significant impacts on total soil C or particulate organic matter (POM), although grazing did increase active soil C and decrease soil moisture. Grazing significantly increased the proportion of total soil C pools that were potentially mineralizable in the laboratory, with soils from grazed plots evolving 4.6% of total soil C in 1 year while ungrazed plots lost 3.3% of total soil C. Volumetric soil moisture was consistently higher in ungrazed plots than grazed plots. The changes in soil C chemistry may have implications for how these ecosystems will respond to forecast climate change. Because grazing has resulted in an accumulation of easily decomposable organic material, if temperatures warm and summer precipitation increases as is anticipated, these soils may become net sources of CO2 to the atmosphere creating a positive feedback between climate change and atmospheric CO2. Las comunidades humanas en el oeste intermontañoso dependen fuertemente de los pastizales subalpinos por su importancia en suministrar agua para irrigación y forraje para la fauna silvestre y el ganado. Además, muchos distritos están mirando hacia ecosistemas manejados para la fijación de carbón antropogénico en la biomasa vegetal y el C del suelo para reducir el impacto del CO2 antropogénico en el clima. Este trabajo se basa en un experimento de apacentamiento de 90 años en las praderas montanas de la Planicie Wasatch en la región central de Utah. El objetivo de este estudio fue evaluar la influencia de 90 años de protección al apacentamiento en los procesos controladores de entrada, salida y almacenamiento de C en los pastizales subalpinos. El apacentamiento a largo plazo, en comparación con las parcelas con exclusión, redujo significativamente la biomasa máxima de todos los años. En las parcelas apacentadas, la variación interanual de la biomasa vegetal se correlacionó con la precipitación de Julio y la temperatura (R2 = 0.51), mientras que la correlación entre la precipitación de Julio y la biomasa de las parcelas sin apacentar fue débil (R2 = 0.24). El apacentamiento del ganado no tuvo un impacto estadísticamente significativo en el C total del suelo o en las partículas de la materia orgánica (POM), aunque el apacentamiento incrementó el C activo del suelo y disminuyó la humedad del mismo. El apacentamiento incrementó significativamente las reservas de carbón del suelo que eran potencialmente mineralizables en el laboratorio, los suelos provenientes de parcelas apacentadas produjeron 4.6% de carbón total del suelo en un año, mientras que las parcelas sin apacentar perdieron 3.3% del C total del suelo. La humedad volumétrica del suelo fue consistentemente mayor en las parcelas sin apacentar que en las apacentadas. Los cambios de la química de C del suelo pueden tener implicaciones de cómo estos ecosistemas responderán al cambio climático pronosticado. Debido a que el apacentamiento ha resultado en una acumulación de material orgánico de fácil descomposición, si la temperatura aumenta y la precipitación de verano también se incrementa, tal como esta anticipado, estos suelos podrán llegar a ser fuentes netas de CO2 para la atmósfera, creando una retroalimentación positiva entre el cambio climático y el CO2 atmosférico.