Age-related variation in needle physical properties of Black pine (Pinus nigra Arnold)

Abstract

Background and Aims This study investigated the variation in physical properties of black pine (Pinus nigra Arnold) needles, according to elevation, stand development stage, needle age, and seasonal factors. Method Needle samples were collected seasonally (May 2024, July 2024, September 2024, November 2024) from 12 stands across two elevation ranges (750–1000 m and 1000–1250 m) and two stand development stages (b–bc and c–cd). Needles were classified into four age groups (current year 0, 1st, 2nd, and 3rd year needles), and needle length, sheath length, mean diameter, and 1,000-needle weight were measured. Results Analysis results revealed that needle age had a statistically significant effect on all physical properties. Current-year needles (0) exhibited the lowest length (7.71 cm) and lowest weight (76.38 g), while one-year-old needles (1) reached maximum values (11.01 cm; 135.28 g). Sheath length decreased systematically with needle age (0: 1.41 cm; 3: 0.35 cm). Seasonally, needle characteristics (except for the sheath length) developed throughout the summer season, reaching maximum values in autumn. In terms of elevation, only the average diameter and the weight needles showed significant differences. The stand development stage affected all needle properties, with longer and heavier needles observed in the c–cd stage stands. Correlation analysis detected a strong positive relationship between needle length and weight and a strong negative relationship between sheath length and needle age. Conclusion These findings demonstrate that black pine needle traits are sensitive to elevation, stand development stage and seasonal gradients, and that needle properties can be used as an indicator of site quality and forest health.

Keywords

• Black pine
• needle morphology
• elevation gradient
• stand development stage
• needle age
• Alaçam Mountains

Karaçam (Pinus nigra Arnold) ibrelerinin fiziksel özelliklerinde yaşa bağlı değişim

Abstract

Giriş ve Hedefler Bu çalışmada karaçam (Pinus nigra Arnold) ibrelerinin fiziksel özelliklerindeki değişim, yükselti, meşcere gelişim çağı, ibre yaşı ve mevsimsel olarak değerlendirilmiştir. Yöntem İbre örnekleri iki yükselti basamağında (750–1000 m ve 1000–1250 m) ve iki meşcere gelişim çağında (b–bc ve c–cd) olmak üzere toplam 12 alandan mevsimsel olarak (Mayıs 2024, Temmuz 2024, Eylül 2024, Kasım 2024) toplanmıştır. İbreler dört yaş grubuna (mevcut yıldaki ibre 0, 1, 2 ve 3 yıl) ayrılarak ibre boyu, kın boyu, ortalama çap ve 1000 ibre ağırlığı ölçülmüştür. Bulgular Analiz sonuçları, ibre yaşının tüm fiziksel özellikler üzerinde istatistiksel olarak anlamlı etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Mevcut yıla ait ibreler (0) en düşük boya (7,71 cm) ve en düşük ağırlığa (76,38 g) sahipken, bir yaşındaki (1) ibreler en yüksek değerlere ulaşmıştır (11,01 cm; 135,28 g). Kın boyu ibre yaşı ile sistematik olarak azalmıştır (0: 1,41 cm; 3: 0,35 cm). Mevsimsel olarak ibre özelliklerinin (kın boyu hariç) yaz dönemi boyunca artmış ve sonbaharda maksimum değerlere ulaşmıştır. Yükselti bakımından sadece ibre ağırlığı ve ortalama çapı anlamlı olarak farklılık göstermiştir. Meşcere gelişim çağı, tüm ibre özelliklerini etkilemiş, c–cd çağındaki meşcerelerde daha uzun ve ağır ibreler gözlenmiştir. Korelasyon analizi ile İbre boyu ile ibre ağırlığı arasında güçlü pozitif ilişki ve kın boyu ile ibre yaşı arasında güçlü negatif ilişki olduğu tespit etmiştir. Sonuç Çalışmanın bulguları; karaçam ibre özelliklerinin yükselti, meşcere gelişim çağı ve mevsimsel değişime duyarlı olduğunu, ibrenin fiziksel özeliklerinin yetişme ortamı kalitesi ve orman sağlığının göstergesi olarak kullanılabileceğini ortaya koymaktadır.

Keywords

• Karaçam
• ibre morfolojisi
• yükseklik
• meşcere gelişim çağı
• ibre yaşı
• Alaçam Dağları

References

1. Błasiak, A., Węgiel, A., Łukowski, A., Sułkowski, S., Turski, M., 2021. The Effects of Tree and Stand Traits on the Specific Leaf Area in Managed Scots Pine Forests of Different Ages. Forests, 12(4), 396. https://doi.org/10.3390/f12040396
2. Çepel, N., Dündar, M., 1978. Bitki Beslenmesi ile İlgili Araştırmalarda Elverişli Yaprak Örneği Alma Zamanının Belirlenmesi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 28(2), 56-66.
3. Çoban, Ş. Ö., Seki, N., 2025. Morphological Variation in Cone and Needle Characteristics of Black Pine (Pinus nigra J.F. Arnold) Under Different Topographic Conditions. BioResources, 20(2), 4288-4303. https://doi.org/10.15376/biores.20.2.4288-4303
4. Eruz, E., 1984. Balıkesir Orman Başmüdürlüğü Bölgesindeki Saf Karaçam Meşcerelerinin Boy Gelişimi ile Bazı Edafik ve Fizyografik Özellikler Arasındaki İlişkiler. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, Yayın No:3244/368, İstanbul.
5. General Directorate of Forestry., 2020. Turkish forest resources. Ministry of Agriculture and Forestry, Ankara, Türkiye.
6. Gulati, K., Jeyaseelan, C., Rattan, S., 2018. Pine needles as green material for removal of metal ions and dyes from wastewater. In Green Chemistry in Environmental Sustainability and Chemical Education: Proceedings of ICGC 2016, New Delhi (pp. 61-72). Springer Singapore.
7. Gülsoy, S., Cinar, T., 2019. The relationships between environmental factors and site index of Anatolian black pine (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) stands in Demİrcİ (Manİsa) district, Türkiye. Applied Ecology & Environmental Research, 17(1), 1235–1246. http://dx.doi.org/10.15666/aeer/1701_12351246
8. Güner, Ş. T., Çömez, A., Özkan, K., Karataş, R., Çelik, N., 2016. Productivity modeling of black pine (Pinus nigra Arnold) plantations in Türkiye. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University, 66(1), 159–172. https://doi.org/10.17099/jffiu.18731

9. Jankowski, A., Wyka, T. P., Żytkowiak, R., Nihlgård, B., Reich, P. B., Oleksyn, J., 2017. Cold adaptation drives variability in needle structure and anatomy in Pinus sylvestris L. along a 1,900 km temperate–boreal transect. Functional Ecology, 31(12), 2212-2223.
10. Niinemets, Ü., 2001. Global-scale climatic controls of leaf dry mass per area, density, and thickness in trees and shrubs. Ecology, 82(2), 453–469.
11. Park, J., Wang, J. J., Kim, S., Kang, S., Jeong, C. Y., Jeon, J., Park, K. H., Cho, J., DeLaune, R. D., Seo, D.2019. Cadmium adsorption characteristics of biochars derived using various pine tree residues and pyrolysis temperatures. Journal of Colloid and Interface Science, 553, 298–307. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.06.032
12. Reich, P. B., Walters, M. B., Ellsworth, D. S., 1997. From tropics to tundra: Global convergence in plant functioning. Proceedings of the National Academy of Sciences, 94(25), 13730–13734. https://doi.org/10.1073/pnas.94.25.13730
13. Sevgi, O., Yılmaz, Y., Carus, S., Dündar, T., Kavgacı, A., Tecimen, H. B., 2010. Alaçam Dağları'nda karaçam ormanlarının yükseltiye göre beslenme-büyüme modelleri ve odununun teknolojik özellikleri (Proje No: 104 O 551). TÜBİTAK.
14. Sevgi, O., Yılmaz, O.Y., 2022. Karaçam Ormanlarının Yayılışı, in: O., Sevgi, H.B., Tecimen, T., Okan (Ed.) Karaçam. Türkiye Ormancılar Derneği, Ankara, 68-90.
15. Sevim, C., 1954. Alaçam (Dursunbey) Ormanlarında Ekolojik ve Pedolojik Araştırmalar. Orman Umum Müd. Yayımları, Sıra Nu: 131, Seri Nu:2, 63. Smith, N. G., Dukes, J. S., 2013. Plant respiration and photosynthesis in global‐scale models: incorporating acclimation to temperature and CO2. Global change biology, 19(1), 45-63.
16. Tecimen, H. B., Sevgi, O., 2010. Effects of fertilization on net nitrogen mineralization and nitrification rates at different land-use types: A laboratory incubation. Fresenius Environmental Bulletin, 19(6), 1165-1170.
17. Wang, J., Ouyang, F., An, S., Wang, L., Xu, N., Ma, J., Wang, J., Zhang, H., Kong, L., 2022. Variation, coordination, and trade-offs between needle structures and photosynthetic-related traits across five Picea species: consequences on plant growth. BMC Plant Biology, 22(1), 242. https://doi.org/10.1186/s12870-022-03593-x
18. Waring, R. H., Running, S. W., 2007. Forest ecosystems: Analysis at multiple scales (3rd ed.). Academic Press.