Hemlock woolly adelgid impacts on community structure and N cycling rates in eastern hemlock forests Jennifer C. Jenkins, John D. Aber, and Charles D. Canham Abstract: Mortality of dominant tree species caused by introduced pests and pathogens have been among the most pervasive and visible impacts of humans on eastern U.S. forests in the 20th century, yet little is known about the ecosystem-level consequences of these invasions. In this study we quantified the impacts of the introduced hemlock woolly adelgid (Adelges tsugae Annand) on community structure and ecosystem processes in eastern hemlock (Tsuga canadensis (L.) Carr.) forests in southern New England. Data were collected at six hemlock-dominated sites spanning a continuum from 0 to 99% mortality. Light availability to the understory and seedling regeneration both increased in stands affected by the adelgid. Differences in soil organic matter, total C, and total N pools between infested and noninfested sites were not associated with hemlock decline. Net N mineralization, nitrification, and N turnover increased at sites experiencing hemlock mortality. Inorganic N availability and nitrification rates increased dramatically with adelgid infestation and hemlock mortality, suggesting that nitrate leaching is likely in regions experiencing hemlock mortality. In the longer term, ecosystem processes at infested stands are likely to be driven by the successional dynamics that follow hemlock mortality. Résumé : La mortalité causée chez les principales espèces d’arbres par des ravageurs et des pathogènes introduits compte parmi les impacts les plus étendus et les plus visibles de l’homme sur les forêts de l’est des États-Unis au cours du vingtième siècle. Pourtant, on connaît peu de choses relativement aux conséquences de ces invasions sur les écosystèmes. Dans le cadre de cette étude, nous avons quantifié les effets du puceron lanigère de la pruche ( Adelges tsugae Annand) sur la structure des communautés et sur les processus écosystémiques dans des forêts de pruche du Canada (Tsuga canadensis (L.) Carr.) du sud de la Nouvelle-Angleterre. Les données ont été récoltées sur six sites dominés par la pruche et où la mortalité variait de façon continue de 0 à 99%. La disponibilité de la lumière, à la fois pour les strates inférieures et la régénération, a augmenté dans les peuplements affectés par le puceron. Les différences en matière organique du sol, en C total et en pool de N total entre les sites infestés et non infestés ne sont pas reliées au dépérissement de la pruche. La minéralisation nette de N, la nitrification et le cyclage de N ont augmenté dans les sites où il y a eu de la mortalité chez la pruche. La disponibilité de N inorganique et les taux de nitrification ont augmenté de façon spectaculaire avec l’infestation du puceron et la mortalité de la pruche, suggérant que les nitrates sont probablement lessivés dans les régions où se manifeste la mortalité de la pruche. À long terme, les processus écosystémiques dans les peuplements infestés seront vraisemblablement contrôlés par la dynamique de la succession qui s’installe après mortalité de la pruche. [Traduit par la rédaction] Jenkins et al. 645 Declines in the abundance of dominant tree species due to introduced pests and pathogens such as gypsy moth (Lymantria dispar (L.)), chestnut blight (Cryphonectria (Endothia) parasitica (Murr.) Barr.), beech bark disease (Cryptococcus fagisuga Lind. and Nectria spp.), and the hemlock woolly adelgid (Adelges tsugae Annand) have been among the most visible and pervasive human impacts on eastern U.S. forests in this century. Forest development fol- lowing invasion by these organisms is fairly well understood (examples include Good 1968; Campbell and Sloan 1977; McCormick and Platt 1980; Huenneke 1983; Twery and Patterson 1984; Orwig and Foster 1998), but relatively little is known about the ecosystem-level consequences of these invasions. This study contributes to a small but growing body of literature on the ecosystem-level consequences of biological invasions in various ecosystem types (e.g., see Grace 1986; Vitousek et al. 1987; Ramakrishnan and Vitousek 1989; Lovett and Tobiessen 1993; Lovett and Ruesink 1995). We predicted that changes in forest structure and compo- sition caused by the hemlock woolly adelgid would have measurable impacts on decomposition and N cycling rates within 5–10 years after the onset of hemlock decline. To test Can. J. For. Res. 29: 630–645 (1999) © 1999 NRC Canada 630 Received August 17, 1998. Accepted February 22, 1999. J.C. Jenkins 1 and J.D. Aber. Complex Systems Research Center, Institute for the Study of Earth, Oceans, and Space, University of New Hampshire, Morse Hall, Durham, NH 03824, U.S.A. C.D. Canham. Institute of Ecosystem Studies, P.O. Box AB, Millbrook, NY 12545, U.S.A. 1 Author to whom all correspondence should be addressed. Present address: USDA Forest Service Northern Global Change Program, George D. Aiken Forestry Sciences Laboratory, 705 Spear Street, Burlington, VT 05403, U.S.A. e-mail: jjenkins/ne_bu@fs.fed.us