Precipitation is the key determinant of topsoil δ15N values in southern Patagonia's semiarid rangelands

Abstract

Nitrogen (N) cycling in rangeland soils could potentially be controlled by water supply, stocking rates, or a range of other variables, such as ecosystem N stocks. To gauge the relative importance and elucidate possible interactions among these factors, we measured many abiotic variables to identify first-order controls of δ15N for Patagonia's rangeland soils under contrasting historical grazing intensities. The results showed that δ15N values declined as water availability increased. The effects of precipitation and stocking rate on soil δ15N values were additive, and the effect of precipitation far outweighed the effects of grazing pressure. The soil N stock was a weak predictive variable for modeling variation in δ15N of the soil. Earlier assumptions about an inflection point for N cycling and δ15N values related to aridity were not confirmed. We conclude that variation in water availability drives variation in δ15N values irrespective of grazing intensity. We also conclude that meaningful interpretation of δ15N in soil will require a better mechanistic understanding of the interactions between water and N in the vadose zone than we currently possess.

El ciclo del nitrógeno (N) en los suelos de los pastizales podría estar controlado por el suministro de agua, las tasas de pastoreo o una serie de otras variables, como las reservas de N del ecosistema. Para medir la importancia relativa y dilucidar las posibles interacciones entre estos factores, medimos muchas variables abióticas para identificar los controles de primer orden de δ15N para los suelos de pastizales de la Patagonia bajo intensidades de pastoreo históricas contrastantes. Los resultados mostraron que los valores de δ15N disminuían a medida que aumentaba la disponibilidad de agua. Los efectos de la precipitación y la carga ganadera sobre los valores de δ15N del suelo fueron aditivos, y el efecto de la precipitación superó con creces los efectos de la presión de pastoreo. El stock de N del suelo fue una variable predictiva débil para modelar la variación del δ15N del suelo. Las suposiciones anteriores sobre un punto de inflexión para el ciclo del N y los valores de δ15N relacionados con la aridez no se confirmaron. Concluimos que la variación en la disponibilidad de agua impulsa la variación en los valores de δ15N independientemente de la intensidad de pastoreo. También concluimos que una interpretación significativa de δ15N en el suelo requerirá una mejor comprensión mecánica de las interacciones entre el agua y el N en la zona vadosa de la que actualmente poseemos.