EFFECT OF DEVELOPMENT STAGES ON SOIL CARBON AND NITROGEN STOCKS OF SESSILE OAK (Quercus petrea (Matt.) Liebl): A CASE STUDY OF TAŞKÖPRÜ, KASTAMONU

Year 2022, Volume: 4 Issue: 2, 240 - 253, 31.12.2022

Gamze Savacı , Gülay Aktaş Tümer

https://doi.org/10.57165/artgrid.1203364

Cited By: 2

Abstract

This study aimed to determine the effects of four different development stages of sessile oak (Quercus petrea (Matt.) Liebl) stands on soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) stocks in northwest Turkey. According to the diameter at breast height (dbh), sessile oak stands were classified into four development stages namely: a development stage (<8cm), b development stage (8 to 19.9 cm), c development stage (20 to 35.9 cm) and d development stage (36 to 51.9 cm). Soil samples were taken from three different soil depths (0-10, 10-20, and 20-30 cm). Total 72 soil samples were collected from all development stages. Forest floor litters were also sampled from each development stage. Results showed that soil organic carbon varied significantly between the four development stages (R2=0.714, p=0.000) with the highest stocks under the d development stage (55.0 Mg ha-1) and the lowest under the b development stage (10.6 Mg ha-1). Total N stock was highest under the a development stage (3.39 Mg ha-1), whereas it was lowest under the b development stage (1.18 Mg ha-1). About 71% of SOC was deposited in the upper 30 cm of the soil. The forest floor litter also varied between the four development stages with the highest values under the b development stage and the lowest under the a development stage. As a result, the results of the study indicated that sessile oaks can play a significant role in storing organic carbon and nitrogen in the soil. On the other hand, amounts of SOC and TN stocks can be significantly varied according to stand development stages.

Keywords

Diameter at breast height, sessile oak, mineral soil, carbon stocks, Kastamonu

Supporting Institution

Kastamonu University, Scientific Research Projects Coordination Department, Kastamonu, Turkey

Project Number

KÜ-HIZDES/2021-14

Thanks

We are thankful to Kastamonu Forest Regional Directorate for permitting us to collect the soil data in a forest.

SAPSIZ MEŞENİN (Quercus petrea (Matt.) Liebl) TOPRAK ORGANİK KARBON VE AZOT STOKLARI ÜZERİNDE GELİŞİM ÇAĞLARININ ETKİSİ: TAŞKÖPRÜ, KASTAMONU ÖRNEĞİ

Abstract

Çalışmada, Türkiye'nin kuzeybatısında yayılış gösteren sapsız meşenin (Quercus petrea (Matt.) Liebl) toprak organik karbon ve toplam azot stokları üzerinde dört farklı gelişim çağının etkisinin ortaya koyulması amaçlanmıştır. Göğüs yüzeyi çapına göre, sapsız meşe meşcereleri dört farklı meşcere gelişim çağlarına ayrılmıştır; a gelişim çağı (<8cm), b gelişim çağı (8-19.9 cm), c gelişim çağı (20-35.9 cm) and d gelişim çağı (36-51.9 cm). Farklı meşcere gelişim çağına sahip meşe ağaçları altından 0-10 cm, 10-20 cm ve 20-30 cm toprak derinlik kademesinden toplam 72 adet toprak örneği alınmıştır. Her deneme alanından ölü örtü örneklemesi de yapılmıştır. Toprak organik karbon stokları, meşcere gelişim çağları arasında önemli ölçüde farklılık göstermiştir (R2=0.714, p=0.000). En yüksek değer d gelişim çağında (55.0 Mg ha-1), en düşük değer ise b gelişim çağında (10.6 Mg ha-1) bulunmuştur. Toplam azot stoku a gelişim çağında (3.39 Mg ha-1), en yüksek b gelişim çağında (1.18 Mg ha-1) en düşük belirlenmiştir. Sapsız meşelerde toplam toprak organik karbonun yaklaşık %71'i toprağın ilk 30 cm'sinde birikmiştir. Meşcere gelişim çağları ile ölü örtü birikimi arasında da farklılıklar bulunmuştur. En yüksek ölü örtü miktarı b gelişim çağında, en düşük ise a gelişim çağında tespit edilmiştir. Sonuç olarak, çalışmanın sonuçları sapsız meşenin TOK ve TA depolanmasında önemli bir rol oynadığını göstermiştir. Diğer yandan, sapsız meşenin TOK ve TA stoklarının meşcere gelişim çağlarına göre önemli değişiklikler gösterebilmektedir.

Keywords

Göğüs çapı, Sapsız meşe, mineral toprak, karbon stoku, Kastamonu

Project Number

KÜ-HIZDES/2021-14

References

• Akbaş, B., Akdeniz, N., Aksay, A., Altun, İ. E., Balcı, V., Bilginer, E., Bilgiç, T., Duru, M., Ercan, T., Gedik, İ., Günay, Y.,
• Güven, İ. H., Hakyemez, H. Y., Konak, N., Papak, İ., Pehlivan, Ş …Yurtsever, A. (2011). 1:1.250.000 ölçekli Türkiye Jeoloji Haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Yayını, Ankara-Türkiye (in Turkish publication).
• Aktaş Tümer, G. (2022).Sapsız meşenin toprak organik karbon ve toplam stokları üzerinde gelişme çağlarının etkisi: Taşköprü, Kastamonu Örneği. Yüksek Lisans Tezi, Kastamonu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Mühendisliği Bölümü, s.44, Turkiye.
• Alptekin, B. L. (2013). Torosların iç kısmında kermes meşesi ağırlıklı makilik alanların toprak üstü biokütle ve karbon depolama kapasitesi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta.
• Ares, A., Neill, A. R., & Puettmann, K. J. (2010). Understory abundance, species diversity and functional attribute response to thinning in coniferous stands. For. Ecol. Manag. 260(7), 1104-1113. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2010.06.023
• Atalay, İ. (2006). Toprak oluşumu, sınıflandırılması ve coğrafyası. Meta Basım Matbaacılık, Çevre ve Orman Bakanlığı, Izmir.
• Augusto, L., Bakker, M. R., Morel, C., Meredieu, C., Trichet, P., Badeau, V., ..., Ranger, J. (2010). Is ‘grey literature’a reliable source of data to characterize soils at the scale of a region? A case study in a maritime pine forest in southwestern France. Eur. J. Soil Sci. 61(6), 807-822. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2010.01286.x
• Baritz, R., Seufert, G., Montanarella, L., & Van Ranst, E. (2010). Carbon concentrations and stocks in forest soils of Europe. For. Ecol. Manag. 260(3), 262-277. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2010.03.025
• Berg, B., McClaugherty, C., Santo, A. V. D., & Johnson, D. (2001). Humus buildup in boreal forests: effects of litter fall and its N concentration. Can. J. For. Res., 31(6), 988-998. https://doi.org/10.1139/x01-031
• Blake, G. R., & Hartge, K. H. (1986). Bulk density 1. Methods of soil analysis: part 1-physical and mineralogical methods, (methodsofsoilan1), 363-375.
• Bruckman, V. J., Yan, S., Hochbichler, E., & Glatzel, G. (2011). Carbon pools and temporal dynamics along a rotation period in Quercus dominated high forest and coppice with standards stands. For. Ecol. Manag. 262(9), 1853-1862. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2011.08.006
• Cha, J. Y., Cha, Y., & Oh, N. H. (2019). The effects of tree species on soil organic carbon content in South Korea. J. Geophys. Res. Biogeosci. 124(3), 708-716. https://doi.org/10.1029/2018JG004808
• Corral-Fernández, R., Parras-Alcántara, L., & Lozano-García, B. (2013). Stratification ratio of soil organic C, N and C: N in Mediterranean evergreen oak woodland with conventional and organic tillage. Agric Ecosyst Environ. 164, 252-259. https://doi.org/10.1016/j.agee.2012.11.002
• Díaz-Pinés, E., Rubio, A., Van Miegroet, H., Montes, F., & Benito, M. (2011). Does tree species composition control soil organic carbon pools in Mediterranean mountain forests? For. Ecol. Manag. 262(10), 1895-1904. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2011.02.004
• Dixon, R. K., Solomon, A. M., Brown, S., Houghton, R. A., Trexier, M. C., & Wisniewski, J. (1994). Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science, 263(5144), 185-190. https://doi.org/10.1126/science.263.5144.185 Fao-Unesco (1978). Soil Map of the World 1:5,000,000. 10 vols. Paris: UNESCO.
• General Directorate of Forestry (2020). Turkey’s forest presence 2020. General directorate of forestry publications, pp.56, Ankara.
• Gülçür, F. (1974). Toprağın fiziksel ve kimyasal analiz metodları. İ.Ü. Orman Fakültesi Yayını, No: 201, İstanbul.
• Güner, S., Tüfekçioğlu, A., Duman, A., & Küçük, M. (2010). Murgul yalancı akasya ağaçlandırmalarının ve bitişiğindeki otlak alanların toprak üstü biyokütle, kök kütlesi, kök üretimi ve karbon depolama yönlerinden karşılaştırılması. III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi, 20-22 Mayıs 2010, 3, 1045-1055, Artvin.
• Güner., Ş. T., Çömez, A., Karataş, R., Çelik, N., & Özkan, K. (2011). Eskişehir ve Afyonkarahisar illerindeki Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold. subsp. pallasina (Lamb.) Holmboe) ağaçlandırmalarının gelişimi ile bazı yetişme ortamı özellikleri arasındaki ilişkiler. TC Çevre ve Orman Bakanlığı, Orman Toprak ve Ekoloji Araştırmaları Enstitüsü Müdürlüğü Yayın, 434/4.
• Jackson, M. L. (1962). Soil chemical analysis. (Constable and Company, Ltd: London). Janzen, H. H. (2004). Carbon cycling in earth systems-a soil science perspective. Agric Ecosyst Environ. 104(3), 399-417. https://doi.org/10.1016/j.agee.2004.01.040
• Koch, J. A., & Makeschin, F. (2004). Carbon and nitrogen dynamics in topsoils along forest conversion sequences in the Ore Mountains and the Saxonian lowland, Germany. Eur. J. For. Res. 123(3), 189-201. https://doi.org/10.1007/s10342-004-0037-3
• Laganiere, J., Angers, D. A.,& Pare, D. (2010). Carbon accumulation in agricultural soils after afforestation: a meta‐analysis. Glob. Change Biol. 16(1),439-453. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.01930.x
• Law, B. E., Thornton, P. E., Irvine, J., Anthoni, P. M., & Van Tuyl, S. (2001). Carbon storage and fluxes in ponderosa pine forests at different developmental stages. Glob. Change Biol. 7(7), 755-777. https://doi.org/10.1046/j.1354-1013.2001.00439.x
• Liu, Y., Chen, L., Duan, W., Bai, Y., & Li, X. (2022). Effects of litter decomposition on soil N in Picea mongolica forest at different forest ages. Forests 13, 520. https://doi.org/10.3390/f13040520
• Makineci, E., Ozdemir, E., Caliskan, S., Yilmaz, E., Kumbasli, M., Keten, A., ...Yilmaz, H. (2015). Ecosystem carbon pools of coppice-originated oak forests at different development stages. Eur. J. For. Res., 134(2), 319-333. https://doi.org/10.1007/s10342-014-0854-y
• Matos, E. S., Freese, D., Śla̧zak, A., Bachmann, U., Veste, M., & Hüttl, R. F. (2010). Organic‐carbon and nitrogen stocks and organic‐carbon fractions in soil under mixed pine and oak forest stands of different ages in NE Germany. J. Plant. Nutr. Soil Sci. 173(5), 654-661. https://doi.org/10.1002/jpln.200900046
• Oubrahim, H., Boulmane, M., Bakker, M. R., Augusto, L., & Halim, M. (2016). Carbon storage in degraded cork oak (Quercus suber) forests on flat lowlands in Morocco. iForest 9, 125-137. https://doi.org/10.3832/ifor1364-008
• Özyuvacı, N. (1975). Topraklarda erozyon eğiliminin tahmini açısından yapılan bazı değerlendirmeler. Tübitak V. Bilim Kongresi, Tarım ve Ormancılık Araştırma Grubu Tebliğleri Ormancılık Seksiyonu, 29 Eylül-2 Ekim, 123-134, İzmir.
• Paul, K. I., Polglase, P. J., Nyakuengama, J. G., & Khanna, P. K. (2002). Change in soil carbon following afforestation. For. Ecol. Manag., 168(1-3), 241-257. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(01)00740-X
• Pretzsch, H. (2005). Diversity and productivity in forests: evidence from long-term experimental plots. In Forest diversity and function. pp. 41-64, Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/3-540-26599-6_3
• Quideau, S. A., Graham, R. C., Chadwick, O. A., & Wood, H. B. (1998). Organic carbon sequestration under chaparral and pine after four decades of soil development. Geoderma, 83(3-4), 227-242. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(97)00142-0
• Sariyildiz, T., Savaci, G., & Kravkaz, I. S. (2015). Effects of tree species, stand age and land-use change on soil carbon and nitrogen stock rates in northwestern Turkey. iForest, 9(1), 165-170. https://doi.org/10.3832/ifor1567-008
• Savacı, G. (2017). Effects of land use type and stand age on some soil properties and organic carbon and total nitrogen stock capacity. Ph.D. Thesis, Kastamonu University, Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Forest Engineering, s.179, Turkey.
• Savacı, G., Sarıyıldız, T., Çağlar, S., Kara, F., & Topal, E. (2021). The effects of windthrow damage on soil properties in Scots pine, black pine and Kazdağı fir stands in the northwest Turkey. Kastamonu University Journal of Forestry Faculty, 21(3), 229-243. https://doi.org/10.17475/kastorman.1049328
• Six, J., Conant, R. T., Paul, E. A., & Paustian, K. (2002). Stabilization mechanisms of soil organic matter: implications for C-saturation of soils. Plant Soil, 241(2), 155-176. https://doi.org/10.1023/A:1016125726789
• Tian, Y., Cao, J., Yang, X., Shan, N., & Shi, Z. (2015). Patterns of carbon allocation in a chronosequence of Caragana intermedia plantations in the Qinghai-Tibet Plateau. iForest, 8(6), 756-764. https://doi.org/10.3832/ifor1193-007
• Tüfekçioğlu, A., & Küçük, M. (2010). Saf sarıçam meşcerelerinde kök kütlesi, kök üretimi ve kök karbon depolama miktarlarının yaş sınıflarına göre değişimi. III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi, 20-22 Mayıs 2010, s.1030-1037, Artvin.
• Verma, A. K., & Garkoti, S. C. (2019). Population structure, soil characteristics and carbon stock of the regenerating banj oak forests in Almora, Central Himalaya. Forest Sci Technol. 15(3), 117-127. https://doi.org/10.1080/21580103.2019.1620135