Nutrient inputs by litterfall into ecosystems in Anatolian black pine stands at Türkmendağı

Abstract

In this study, the above-ground biomass, the amount of annual litterfall of tree components (needle, branch, cone, bark, and other) and the amount of carbon and plant nutrients (N, P, K, Ca, Mg, S, Na, Fe, Mn, Zn and Cu) passing into the forest floor by litterfall were determined in different natural black pine (Pinus nigra Arnold) stands in terms of canopy cover and development stages in Türkmen Mountain. The study was carried out between June 2012 and June 2013. The average annual amount of litterfall in the study area was found to be 3,449 kg/ha. The proportion of foliage in the total litterfall is 53%; followed by 25% for cone, 11% for other material, 6% for bark and 5% for branch. The amount of litterfall varies according to the types of stands, and as the canopy cover and the average diameter of stand increase, the amount of litterfall generally increases. The amounts of annual carbon and plant nutritious elements (N, P, K, Ca, Mg, S, Na, Fe, Mn, Zn, Cu) entering the ecosystem by litterfall were calculated 1,744 kg/ha/year, and 10.11 kg/ha/year, 1.73 kg/ha/year, 11.41 kg/ha/year, 25.73 kg/ha/year, 2.41 kg/ha/year, 5.99 kg/ha/year, 307 kg/ha/year, 1299 kg/ha/year, 309 kg/ha/year, 140 kg/ha/year and 63.1 kg/ha/year, respectively. With this study, the turnover rates which can be used to estimate the annual amounts of the litterfall of tree components from live trees were also calculated. These annual turnover rates used in various models to estimate the amount of organic carbon stored in forest soils were found to be 0.170 for needles, 0.008 for branches and 0.012 for barks.

Keywords

• Pinus nigra
• Forest floor
• Biomass
• Turnover rate
• Carbon and nutrient stocks

Türkmen Dağı karaçam meşcerelerinde döküm ile ekosisteme giren besin maddesi miktarları

Abstract

Bu çalışmada, Türkmen Dağı’ndaki kapalılık ve gelişim çağları bakımından farklı doğal karaçam (Pinus nigra Arnold) meşcerelerinde, toprak üstü bitkisel kütle, ağaç bileşenlerinin (ibre, dal, kozalak, kabuk ve diğer) yıllık döküm miktarı, yıllık döküm ile ölü örtüye ulaşan karbon ve bitki besin elementleri (N, P, K, Ca, Mg, S, Na, Fe, Mn, Zn ve Cu) miktarları belirlenmiştir. Çalışma Haziran 2012 ve Haziran 2013 tarihleri arasında yürütülmüştür. Çalışma alanında ortalama yıllık döküm miktarı 3.449 kg/ha/yıl olarak bulunmuştur. Toplam döküm içinde ibre döküntülerinin oranı % 53 olup, ibreleri % 25 ile kozalak, % 11 ile diğer döküntüler, % 6 ile kabuk ve % 5 ile dal izlemektedir. Döküm miktarları meşcere tiplerine göre farklılık göstermektedir ve genel olarak kapalılık ve meşcere ortalama çapı arttıkça döküm miktarları da artmaktadır. Döküm ile ekosisteme giren yıllık karbon ve bitki besin maddesi (N, P, K, Ca, Mg, S, Na, Fe, Mn, Zn, Cu) miktarları, sırasıyla 1.744 kg/ha/yıl, 10,11 kg/ha/yıl; 1,73 kg/ha/yıl; 11,41 kg/ha/yıl; 25,73 kg/ha/yıl; 2,41 kg/ha/yıl; 5,99 kg/ha/yıl, 307 g/ha, 1.299 g/ha/yıl, 309 g/ha/yıl, 140 g/ha/yıl ve 63,1 g/ha/yıl olarak hesaplanmıştır. Çalışma ile canlı ağaçlardaki ibre, dal ve kabuklardan yıllık olarak dökülen miktarların tahmininde kullanılabilecek döküm oranları da hesaplanmıştır. Orman topraklarda depolanan organik karbon miktarını tahminde bulunan çeşitli modellerde kullanılan bu yıllık döküm oranları ibreler için 0,170, dallar için 0,008 ve kabuklar için 0,012 olarak bulunmuştur.

Keywords

• bitkisel kütle
• döküm oranı
• karbon ve besin maddesi stoku
• Pinus nigra
• Ölü örtü

References

1. Bray, J.R., Gorham, E., 1964. Litter production in forests of the world, Advances in Ecological Research, 2: 101-157.
2. Berg, B., Staaf, H., 1981. Leaching, accumulation and release of nitrogen in decomposing forest litter. Terrestrial Nitrogen Cycles. Ecological Bulletin, 33: 163-178.
3. Çakır, M., Akburak, S., 2017. Litterfall and nutrients return to soil in pure and mixed stands of oak and beech. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University, 67(2): 185-200.
4. Çakır, M., Akburak, S., Sargıncı, M., Tunç, T., 2019. Çankırı Bölgesi Karaçam (Pinus nigra Arnold.) Meşcerelerinde Ölüörtü Ayrışması ile Mikroeklembacaklılar ve Mikrobiyal Aktivitenin Zamansal Değişimi ve Toprağa Verilen Besin Maddeleri. TÜBİTAK 3501 Projesi, Proje Sonuç Raporu, Proje Numarası: 215O572, Çankırı.
5. Çakıroğlu, K., 2011. Bartın ili Arıt yöresindeki kayın, göknar, göknar-kayın meşcerelerindeki ölü örtü ayrışması ve yıllık yaprak dökülmesinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın.
6. Çepel, N., Dündar, M., Özdemir, T., Neyişçi, T., 1988. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) ekosistemlerinde iğne yaprak dökümü ve bu yolla toprağa geri verilen besin maddeleri miktarları. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten Serisi No: 194, s. 20, Ankara.
7. Çömez, A., Tolunay, D., Güner, Ş.T., 2019. Litterfall and the effects of thinning and seed cutting on carbon input into the soil in Scots pine stands in Turkey. European Journal of Forest Research, 138: 1-14.
8. De Marco, A., Esposito, F., Giordano, M., Vittozzi, P., De Santo, A.V., 2010. Litter production, soil organic matter Dynamics and microbial activity in two coeval forest stands on Mount Vesuvius. Geophysical Research Abstracts. Vol. 12, EGU2010-5929.

9. Dündar, M., 1988. Aladağ’da (Bolu) bazı sarıçam meşcerelerinde yıllık yaprak dökümü miktarı ve bu yolla toprağa verilen azotun tespiti üzerine araştırmalar. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Dergisi, 38(1): 105-113.
10. Erkan, N., Çömez, A., Aydın, A.C, Denli, Ö., Erkan, S., 2018. Litterfall in relation to stand parameters and climatic factors in Pinus brutia forests in Turkey. Scandinavian Journal of Forest Research, 33(4): 338-346.
11. Güner, T., 2006. Türkmen Dağı (Eskişehir, Kütahya) sarıçam (Pinus sylvestris ssp. hamata) ormanlarının yükseltiye bağlı büyüme beslenme ilişkilerinin belirlenmesi. Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
12. Irmak, A., Çepel, N., 1968. Belgrad Ormanı’nda seçilen birer kayın, meşe, karaçam meşceresinde yıllık yaprak dökümünün miktarı ve bu yolla toprağa verilen besin maddelerinin tespiti üzerine araştırmalar. İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Dergisi, Seri A, 18 (2): 53-76.
13. Kacar, B., İnal, A., 2008. Bitki Analizleri. Nobel Yayın Dağıtım, Ankara.
14. Kalıpsız, A., 1994, İstatistik Yöntemler, İstanbul Üniversitesi Yayın No: 3835, Fakülte Yayın No: 427, İstanbul, 558 s.
15. Kantarcı, M.D., 2000. Toprak İlmi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
16. Kim, C., Jeong, J., Cho, H.S., Son, Y., 2010. Carbon and nitrogen status of litterfall, litter decomposition and soil in even-aged larch, red pine and rigitaeda pine plantations. Journal of Plant Research, 123: 403–409.
17. Kim, C., Jeong, J., Kim, J.S., 2011. Carbon and nitrogen inputs by litter fall in fertilized and unfertilized larch plantations. Forest Science and Technology, 7(1): 17-22.
18. Kull, S.J., Rampley, G.J., Morken, S., Metsaranta, J., Neilson, E.T., Kurz, W.A., 2019. Operational-scale Carbon Budget Model of the Canadian Forest Sector (CBM-CFS3) version 1.2: user’s guide. Canadian Forest Service, Northern Forestry Centre, Alberta, Canada.
19. Kutbay, H.G., Horuz, A., 2001. Litter fall and nutrient return in Quercus cerris L. var. cerris forests in the Central Black Sea Region of Turkey. Pakistan Journal of Botany, 33(3): 293-303.
20. Lado-Monserrat, L., Lidón, A., Bautista, I., 2016. Erratum to: Litterfall, litter decomposition and associated nutrient fluxes in Pinus halepensis: influence of tree removal intensity in a Mediterranean forest. European Journal of Forest Research, 135: 203-214.
21. Lee, J., Tolunay, D., Makineci, E., Çömez, A., Son, Y.M., Kim, R., Son, Y., 2016. Estimating the age-dependent changes in carbon stocks of Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands in Turkey. Annals of Forest Science, 73(2): 523-531.
22. Lee, J., Makineci, E., Tolunay, D., Son, Y., 2018. Estimating the effect of abandoning coppice management on carbon sequestration by oak forests in Turkey with a modeling approach. Science of The Total Environment, 640: 400-405.
23. Lehmann, J., Schroth, G., 2003. Nutrient Leaching. Trees, Crops and Soil Fertility (Ed., Schroth, G., and Sinclair F.L.), CABI Publishing, Wallingford, pp. 151-166.
24. Liski, J., Perruchoud, D., Karjalainen, T., 2002. Increasing carbon stocks in the forest soils of western Europe. Forest Ecology and Management, 169: 159–175.
25. Negash, M., Starr, M., 2013. Litterfall production and associated carbon and nitrogen fluxes of seven woody species grown in indigenous agroforestry systems in the south-eastern Rift Valley escarpment of Ethiopia. Nutrient cycling in agroecosystems, 97: 29–41.
26. NIR Finland, 2020. Greenhouse Gas Emissions in Finland 1990 to 2018. National Inventory Report under the UNFCCC and the Kyoto Protocol https://unfccc.int/documents/219060, Accessed: 22.04.2020.
27. NIR Turkey, 2020. Turkish Greenhouse Gas Inventory 1990-2018. National Inventory Report for submission under the United Nations Framework Convention on Climate Change https://unfccc.int/documents/223580, Accessed: 22.04.2020.
28. Özdamar, K., 2002. Paket Programlar ile İstatistiksel Veri Analizi-1, 4. Baskı, Kaan Kitabevi, Eskişehir, 686 s.
29. Özhan, S., 1977. Belgrad Ormanı Ortadere Yağış Havzasında Ölü Örtünün Hidrolojik Bakımdan Önemli Özelliklerinin Bazı Yöresel Etkenlere Göre Değişimi. Çelikcilt Matbaası, İstanbul.
30. Pausas, J.G., 1997. Litterfall and litter decomposition in Pinus sylvestris forests of the eastern Pyrenees. Journal of Vegetation Science, 8: 643-650.
31. Pitman, R., Bastrup-Birk, A., Breda, N., Rautio, P., 2010. Sampling and Analysis of Litterfall. 16 pp. Part XIII. In: Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. UNECE ICP Forests Programme Co-ordinating Centre, Hamburg. https://www.icp-forests.org/pdf/manual/2010/Manual_2010_Litter. pdf, Accessed: 22.04.2020.
32. Starr, M., Saarsalmi, A., Hokkanen, T., Merilä, P., Helmisaari, H.S., 2005. Models of litterfall production for Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Finland using stand, site and climate factors. Forest Ecology and Management, 205: 215–225.
33. Taşkınsu-Meydan, S., Evrendilek, F., Berberoğlu, S., Dönmez, C., 2010. Modeling above-ground litterfall in eastern Mediterranean conifer forests using fractional tree cover, and remotely sensed and ground data. Applied Vegetation Science, 13: 485–497.
34. Tolunay, D., Öztürk, S., Gürlevik, N., Karakaş, A., Akkaş, M.E., Adıgüzel, U., Taşdemir, C., Aytar, F., 2014. Türkiye Ormanlarının Sağlık Durumu (2008-2012). Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Orman Zararlılarıyla Mücadele Dairesi Başkanlığı, ISBN No: 978-605-4610-44-0, Ankara.
35. Tu, L.H., Hu, H.L., Hu, T.X., Zhang, J., Li, X.W., Liu, L., Xiao, Y.L., Chen, G., Li, R.H., 2014. Litterfall, litter decomposition, and nutrient dynamics in two subtropical bamboo plantations of China. Pedosphere, 24(1): 84–97.
36. Ťupek, B., Mäkipää, R., Heikkinen, J., Peltoniemi, M., Ukonmaanaho, L., Hokkanen, T., Nöjd, P., Nevalainen, S., Lindgren, M., Lehtonen, A., 2015. Foliar turnover rates in Finland- comparing estimates from needle-cohort and litterfall-biomass methods. Boreal Environment Research, 20: 283–304.
37. Tüfekçioğlu, A., Sarıyıldız, T., Güner, S., Küçük, M., 2005. Artvin Genya Dağı doğu ladini meşcerelerinde kök kütlesi, yıllık ibre dökümü ve toprak solunumu miktarlarının değişimleri. Ladin Sempozyumu, 20-22 Ekim, Trabzon, s. 123-129.
38. Ukonmaanaho, L., Pitman, R., Bastrup-Birk, A., Breda, N., Rautio, P., 2016. Part XIII: Sampling and Analysis of Litterfall. In: UNECE ICP Forests Programme Co-ordinating Centre (ed.): Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. Thünen Institute for Forests Ecosystems, Eberswalde, Germany, https://www.icp-forests.org/pdf/ manual/2016/ICP_Manual_2016_01_part13.pdf, Accessed: 22.04.2020.
39. Ukonmaanaho, L., Merilä, P., Nöjd, P., Nieminen, T.M., 2008. Litterfall production and nutrient return to the forest floor in Scots pine and Norway spruce stands in Finland. Boreal Environment Research, 13: 67-91.