The influence of thinning on the leaf area index of pure oriental beech stands

Abstract

Thinning is one of the most important silvicultural interventions used in forestry operations. The general purpose of thinning is to produce high-quality individuals with thick trunks without permanently disrupting the density and closure of the stands. Thinning that influences the frequency pattern of the trees and stand density can therefore affect the leaf area index (LAI) of the stand. The LAI plays a key role in the understanding of the ecosystem processes of many forests, e.g., in the areas of health, productivity, interception, transpiration, respiration and net production. The aim of this study is to investigate the effects of different thinning intensities on the LAI in two pure oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) stands in Düzce. Before the thinning, the number of trees in the stands was 1371–3072 ha-1, the average diameter at breast height was 10–14 cm and the basal area was 25.2–29.6 m² ha^-1. With the thinning, 0% (control), 27% (moderate) and 40% (heavy) of the basal area were removed. Hemispherical digital photographs were taken at five different locations in each parcel before and after the thinning. In order to obtain the LAI values, the digital images were analyzed via the HemiView V2.1 (Delta-T Device, UK) package program. It was determined that the pre-thinning LAI had changed by between 3.37 and 5.14 m² m^-2. The LAI, having declined considerably with the heavy thinning intensity, attained its initial value uninterrupted 3-4 years later. As a result, according to the intensity of the thinning, the beech stands were able to regain their initial LAI values in a short period of time, depending on the precipitation. This can be explained by the fact that the remaining tree crowns expanded and produced more leaves.

Keywords

• Leaf area index,thinning,Fagus orientalis Lipsky,oriental beech,hemispherical digital photographs

Doğu Kayını Meşcerelerinde Aralamanın Yaprak Alan İndeksine Etkisi

Öz

Aralama, ormanların işletilmesinde kullanılan en önemli silvikültürel müdahalelerden biridir. Aralamalardaki genel amaç meşcere sıklığı ve kapalılığını kalıcı şekilde kırmadan kaliteli ve kalın çaplı gövdeye sahip bireylerin üretilmesidir. Meşcere kapalılığı ve sıklığı üzerinde etkili olan aralamalar meşcerenin yaprak alan indeksi (YAİ)’nide etkileyebilmektedir. YAİ meşcere sağlığı, verimlilik, intersepsiyon, transpirasyon, solunum ve net üretim gibi birçok orman ekosistem sürecinin anlaşılmasında anahtar rol oynamaktadır. Bu çalışmanın amacı Düzce yöresindeki iki ayrı saf doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky) meşcerelerinde uygulanan üç farklı aralama şiddetinin YAİ’ne etkisini araştırmaktır. Aralama öncesi meşceredeki birey sayısı 1371-3072 adet ha-1, ortalama göğüs yüksekliği çapı 10-14 cm ve meşcere göğüs yüzeyi (GY) 25.2-29.6 m2 ha-1 dır. Aralama ile GY’nin %0’ı (kontrol), %27’si (mutedil) ve %40’ı (kuvvetli) meşcereden çıkartılmıştır. Aralama öncesinde ve aralama sonrası denemelerin her parselinde beş farklı noktada yerden ağaçların tepesine doğru yarı küresel dijital fotoğraflar çekildi. Dijital fotoğraflar HemiView V2.1 (Delta-T Device, İngiltere) paket programında analiz edilerek YAİ değerleri elde edildi. Aralama öncesi YAİ 3.37-5.14 m2 m-2 arasında değişmektedir. Kuvvetli işlemde aralamayla önemli ölçüde azalan YAİ, aralamadan 3-4 yıl sonra başlangıç değerine ulaştı. Sonuç olarak, aralama şiddetine göre azalan YAİ, yağışa da bağlı olarak, kısa süre içerisinde eski değerine ulaşabilmektedir. Bu kalan ağaçların daha fazla tepe tacı yayması ve yaprak üretmesiyle açıklanabilir.

Anahtar Kelimeler

• Aralama,doğu kayını,Fagus orientalis Lipsky,yaprak alan indeksi,yarı küresel fotoğraflar

References

1. Asner, G. P., Scurlock, J. M. O., & A. Hicke, J. (2003). Global synthesis of leaf area index observations: implications for ecological and remote sensing studies. Global Ecology and Biogeography, 12(3), 191-205. doi:10.1046/j.1466-822X.2003.00026.x
2. Assmann, E. (1970). Principles of forest yield study. Oxford: Pergamon Press.
3. Aussenac, G., & Granier, A. (1988). Effects of thinning on water stress and growth in Douglas-fir. Canadian Journal of Forest Research, 18(1), 100-105. doi:10.1139/x88-015
4. Bréda, N., Granier, A., & Aussenac, G. (1995). Effects of thinning on soil and tree water relations, transpiration and growth in an oak forest (Quercus petraea (Matt.) Liebl.). Tree Physiology, 15(5), 295-306.
5. Brix, H. (1983). Effects of thinning and nitrogen fertilization on growth of Douglas-fir: relative contribution of foliage quantity and efficiency. Canadian Journal of Forest Research, 13(1), 167-175. doi:10.1139/x83-023
6. Cutini, A. (1996). The influence of drought and thinning on leaf area index estimates from canopy transmittance method. Annals of Forest Science, 53(2-3), 595-603.
7. Cutini, A., Matteucci, G., & Mugnozza, G. S. (1998). Estimation of leaf area index with the Li-Cor LAI 2000 in deciduous forests. Forest Ecology and Management, 105(1–3), 55-65. doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0378-1127(97)00269-7
8. Çiçek, E., Yılmaz, F., Özbayram, A. K., Efe, M., Yılmaz, M., & Usta, A. (2013). Effects of thinning intensity on the growth of narrow-leaved ash (Fraxinus angustifolia subsp. oxycarpa) plantations. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 37, 97-104.

9. Çiçek, E., Yılmaz, F., Yılmaz, M., & Çetin, B. (2007). Aralamanın Dar Yapraklı Dişbudak (Fraxinus angustifolia Vahl.) plantasyonlarında çap ve göğüs yüzeyi gelişimine etkisi: Bir yıllık sonuçlar. DÜ Ormancılık Dergisi(1), 90-99.
10. Çiçek, E., Yılmaz, M., Yılmaz, F., & Usta, A. (2010). Aralamanın dar yapraklı dişbudak (Fraxinus angustifolia Vahl.) plantasyonlarında büyüme ve bazı toprak özelliklerine etkisi. Retrieved from Ankara
11. Davi, H., Baret, F., Huc, R., & Dufrêne, E. (2008). Effect of thinning on LAI variance in heterogeneous forests. Forest Ecology and Management, 256(5), 890-899. doi:10.1016/j.foreco.2008.05.047
12. DeRose, R. J. (2004). Leaf area indeks-relative density relationships in even-aged Abies balsama-Picea rubens stands in Maine. (Master of Science), The Graduate School, The University of Maine.
13. Frazer, G. W., Trofymow, J. A., & Lertzman, K. P. (2000). Canopy openness and leaf area in chronosequences of coastal temperate rainforests. Canadian Journal of Forest Research, 30(2), 239-256. doi:10.1139/x99-201
14. Gholz, H. L. (1982). Environmental limits on aboveground net primary production, leaf area and biomass in vegetation zones of the Pacific Northwest. Ecology, 53, 469-481.
15. Güner, S., & Çelik, N. (2011). Genç Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky) meşcerelerinde aralama kesimleri, kireçleme ve kireçleme+gübrelemenin odun üretimi, bazı toprak özellikleri, biyokütle ve karbon depolama üzerine etkileri. Retrieved from Ankara
16. Holst, T., Hauser, S., Kirchgassner, A., Matzarakis, A., Mayer, H., & Schindler, D. (2004). Measuring and modelling plant area index in beech stands. Int J Biometeorol, 48(4), 192-201. doi:10.1007/s00484-004-0201-y
17. Kara, Ö., Şentürk, M., Bolat, İ., & Çakıroğlu, K. (2011). Kayın, Göknar ve Göknar-Kayın meşcerelerinde Yaprak Alan İndeksi ve toprak özellekleri arasındaki ilişkiler. Journal of the Faculty of Forestry, Istanbul University, 61(1), 47-54.
18. Kozlowski, T., Kramer, P., & Pallardy, S. (1991). The physiological ecology of woody plants: Academic Press.
19. Le Dantec, V., Dufrêne, E., & Saugier, B. (2000). Interannual and spatial variation in maximum leaf area index of temperate deciduous stands. Forest Ecology and Management, 134(1–3), 71-81. doi:http://dx.doi.org/10.1016/S0378-1127(99)00246-7
20. Maass, J., Vose, J. M., Swank, W. T., & Martínez-Yrízar, A. (1995). Seasonal changes of leaf area index (LAI) in a tropical deciduous forest in west Mexico. Forest Ecology and Management, 74(1), 171-180.
21. Misson, L., Tang, J., Xu, M., McKay, M., & Goldstein, A. (2005). Influences of recovery from clear-cut, climate variability, and thinning on the carbon balance of a young ponderosa pine plantation. Agricultural and Forest Meteorology, 130(3–4), 207-222. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.agrformet.2005.04.001
22. Nyland, R. D. (1996). Silviculture: concepts and applications. United State of America: The McGraw-Hill Companies, USA.
23. O'Hara, K. L. (1989). Stand growth efficiency in a Douglas fir thinning trial. Forestry, 62(4), 409-418. doi:10.1093/forestry/62.4.409
24. Odabaşı, T., Çalışkan, A., & Bozkuş, H. F. (2004). Orman Bakımı. İstanbul: İÜ Orman Fakültesi.
25. Özbayram, A. K. (2014). Düzce Yöresindeki Doğu Kayını (Fagus orientalis Lipsky) Meşcerelerinde Aralama Şiddetinin Büyümeye Etkisi. (Doktora Tezi (Basılmamış)), Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Düzce.
26. Pothier, D., & Margolis, A. (1991). Analysis of growth and light interception of balsam fir and white birch saplings following precommercial thinning. Annales des Sciences Forestieres, 48(2), 123-132.
27. Rytter, L., & Werner, M. (2007). Influence of early thinning in broadleaved stands on development of remaining stems. Scandinavian Journal of Forest Research, 22(3), 198-210. doi:10.1080/02827580701233494
28. Saatçioğlu, F. (1971). Orman Bakımı: Meşcere yetiştirmesine ait tedbirler. İstanbul: İÜ. Orman Fakültesi.
29. Savill, P., Evans, J., Auclair, D., & Falck, J. (1997). Plantation silviculture in Europe. NewYork: Oxford University Press.
30. Shepherd, K. R. (1986). Plantation Silviculture. Dordrecht, Boston, Lancaster: Martinus Nijhoff Publishers.
31. Smith, D. M., Larson, B. C., Kelty, M. J., & Ashton, P. M. S. (1997). The practice of silviculture: Applied forest ecology (9th ed.): Wiley, Newyork.
32. Soudani, K., Trautmann, J., & Walter, J.-M. (2002). Leaf area index and canopy stratification in Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands. International Journal of Remote Sensing, 23(18), 3605-3618.
33. Spiecker, H. (2000). Growth of Norway Spruce (Picea abies (L.) Karst.) under changing environmental conditions in Europe. Paper presented at the Spruce Monocultures in Central Europe: Problems and Prospects, European Forest Institute. European Forest Institute Proceedings.
34. Stogsdili Jr, W. R., Wittwer, R. F., Hennessey, T. C., & Dougherty, P. M. (1992). Water use in thinned loblolly pine plantations. Forest Ecology and Management, 50(3–4), 233-245. doi:http://dx.doi.org/10.1016/0378-1127(92)90338-A
35. Tüfekçioğlu, A., Güner, S., & Tilki, F. (2005). Thinning effects on production, root biomass and some soil properties in a young oriental beech stand in Artvin, Turkey. Journal of Environmental Biology, 26(1), 91-95.
36. Umut, B., Düncar, M., & Çelik, O. (2000). Sırıklık çağındaki kayın (Fagus orientalis Lipsky.) mesceresinin bakımı üzerine araştırmalar. İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstitüsü Teknik Bülten, 274, 1-23.
37. Vose, J. M., & Allen, H. L. (1988). Leaf Area, Stemwood Growth, and Nutrition Relationships in Loblolly Pine. Forest Science, 34(3), 547-563.
38. Welles, J. M. (1990). Some indirect methods of estimating canopy structure. Remote Sensing Reviews, 5(1), 31-43. doi:10.1080/02757259009532120