Assessing changes in biomass, productivity, and C and N stores following Juniperus virginiana forest expansion into tallgrass prairie

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Abstract
An increase in woody plant abundance in regions historically dominated by grasses is a recent land cover change in grasslands worldwide. In tallgrass prairies of North America, this increase in woody plant cover includes the development of dense stands of eastern redcedar (Juniperus virginiana L.). To evaluate the consequences of this ongo- ing land cover change for ecosystem functioning, we developed allometric equations, using data from Kansas and Oklahoma, to estimate aboveground biomass and productivity in closed-canopy redcedar stands. We then applied these equations to three closed-canopy redcedar stands, 35-80 years old, which developed on sites formerly dominated by tallgrass prairie in eastern Kansas. Aboveground plant biomass for these redcedar-dominated sites ranged from 114 100 kg/ha for the youngest stand to 210 700 kg/ha for the oldest. Annual aboveground net primary productivity (ANPP) ranged from 7250 to 10 440 kg·ha-1·year-1 for the oldest and younger redcedar stands, respectively. Estimates of ANPP in comparable tallgrass prairie sites in this region average 3690 kg·ha -1·year-1 indicating a large increase in C uptake and aboveground storage as a result of the change from prairie to redcedar forests. Therefore, the widespread occurrence of redcedars across the woodland-prairie ecotone suggests that this land-cover change may have important consequences for regional net C storage. Résumé : L'augmentation de l'abondance des plantes ligneuses dans des régions historiquement dominées par les gra- minées est un changement récent de type de couvert des prairies à l'échelle mondiale. Dans les prairies à herbes hautes de l'Amérique du Nord, cette augmentation du couvert des plantes ligneuses inclut le développement de peuplements denses de genévrier de Virginie (Juniperus virginiana L.). De façon à évaluer les conséquences de ce changement pro- gressif de type de couvert pour le fonctionnement de l'écosystème, nous avons développé des équations allométriques à partir de données provenant du Kansas et de l'Oklahoma pour estimer la biomasse épigée et la productivité de ces peu- plements à couvert fermé de genévrier. Nous avons ensuite appliqué ces équations à trois peuplements fermés de genévrier, âgés entre 35 et 80 ans et qui se sont développés dans des sites anciennement dominés par la prairie à her- bes hautes dans l'est du Kansas. La biomasse aérienne de ces sites dominés par le genévrier variait de 114 100 kg/ha pour le peuplement le plus jeune à 210 700 kg/ha pour le plus vieux. La productivité primaire nette annuelle de la biomasse aérienne (PPNA) oscillait entre 7250 et 10 440 kg·ha-1·an-1 respectivement pour le plus vieux et le plus jeune peuplement. Les estimés de la PPNA dans des sites de prairie à herbes comparables atteignent en moyenne 3690 kg·ha-1·an-1, ce qui in- dique une forte augmentation de la fixation du carbone et de son stockage aérien par la conversion des prairies en forêts de genévrier. Par conséquent, la présence abondante de genévriers dans l'écotone prairie-forêt semble indiquer que ce changement de type de couvert peut avoir des conséquences importantes pour le stockage régional net de carbone. (Traduit par la Rédaction) Norris et al. 1946

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