Determination of the amount of litterfall according to the development stages and of the carbon stock input into the litter in the oriental beech forests in the Marmara Region

Year 2023, Volume: 24 Issue: 3, 213 - 222, 30.09.2023

Özgür Kiracıoğlu , Rıza Karataş , Şükrü Teoman Güner

https://doi.org/10.18182/tjf.1318425

Cited By: 3

Abstract

This study was carried out in order to reveal the amount of litterfall according to the development stages in the oriental beech forests in the Marmara Region and the carbon stocks input into forest floor in this way. The research was conducted in a total of 18 sample plots, which differ in terms of aspect, elevation, slope, slope position and stand development stages namely the b (dbh=8.0-19,9 cm), c (dbh=20.0-35.9 cm) and d stages (dbh=36.0-51.9 cm). Five litter traps (50×50 cm) were set up each sample plot and litterfall material was collected monthly for three years. The litterfall materials taken from the field were separated into their components (leaf, branch, bark, miscellaneous) in the laboratory, dried at 65 °C until they reached a constant weight and weighed. Afterwards, carbon analysis was performed on the milled samples. The amount of litterfall in one-hectare area was determined by using the conversion coefficient to hectares of the masses of the litterfall components collected from the traps. Then, these values were multiplied by the carbon concentration obtained as a result of the analysis, and the carbon stocks into forest floor through litterfall in a hectare area were calculated. The data were evaluated with variance, correlation and stepwise multiple regression analyzes. According to the results of the research, the amount of litterfall increased depending on the growth of the development stage and the total litterfall ranged between 3959 and 5698 kg/ha/year. The weighted carbon concentration of the litterfall was determined to be 50.3%. C stock, which enters the forest floor with total litterfall, varies between 1988-2857 kg/ha/year according to the development stages. Total litterfall in beech forests was estimated by stand characteristics, climatic characteristics and physiographic factors. Using the models obtained, the amount of annual litterfall can be estimated in the beech stands in the region and in similar sites. The findings of this research can be used in modeling studies, which are among the long-term goals of the Land Use, Land Use Change and Forestry sector.

Keywords

Fagus orientalis, Climate change, Litter, Carbon

Project Number

ESK-32(6322)/2017-2022

Marmara Bölgesi’ndeki doğu kayını ormanlarında gelişim çağlarına göre dökülme miktarının ve bu yolla ölü örtüye giren karbon stokunun belirlenmesi

Abstract

Bu çalışma Marmara Bölgesi’ndeki doğu kayını ormanlarında gelişim çağlarına göre dökülme miktarlarını ve bu yolla ölü örtüye giren karbon stoklarını ortaya koymak amacıyla yapılmıştır. Denemeler, b (d1,3=8,0-19,9 cm), c (d1,3=20,0-35,9 cm) ve d (d1,3=36,0-51,9 cm) gelişim çağında bulunan, bakı, yükselti, eğim, yamaç konumu ve meşcere gelişimi bakımından farklılık gösteren toplam 18 alanda tesis edilmiştir. Her deneme alanına beş adet 50×50 cm ebadında kapan kurulmuş ve üç yıl boyunca aylık olarak dökülme materyalleri toplanmıştır. Araziden alınan dökülme materyalleri laboratuvarda bileşenlerine (yaprak, dal, kabuk, diğer) ayrılarak 65 °C’de sabit ağırlığa ulaşıncaya kadar kurutulmuş ve tartılmıştır. Daha sonra öğütülen örneklerde karbon analizi yapılmıştır. Kapanlardan elde edilen dökülme bileşenlerine ait kütleler hektara çevirme katsayısı kullanılarak bir hektar alandaki dökülme miktarları elde edilmiş daha sonra bu değerler analizler sonucu elde edilen karbon yoğunlukları ile çarpılarak bir hektar alanda dökülme sonucu ölü örtüye katılan karbon stokları hesaplanmıştır. Elde edilen veriler varyans, korelasyon ve aşamalı çoklu regresyon analizleri ile değerlendirilmiştir. Araştırma sonuçlarına göre, gelişim çağının ilerlemesine bağlı olarak dökülme miktarı artmış ve toplam dökülme 3959 ile 5698 kg/ha/yıl arasında değişmiştir. Dökülmeye ait ağırlıklı karbon oranı %50,3 olarak belirlenmiştir. Toplam dökülme ile ölü örtüye giren C stoku gelişim çağlarına göre 1988-2857 kg/ha/yıl arasında değişmektedir. Kayın ormanlarındaki toplam dökülme meşcere özellikleri, iklim özellikleri ve fizyografik faktörler ile tahmin edilmiştir. Elde edilen modeller kullanılarak yöredeki ve benzer yetişme ortamlarındaki kayın meşcerelerinde yıllık dökülme miktarı tahmin edilebilir. Bu araştırma ile ortaya konulan bulgular arazi kullanımı, arazi kullanımı değişikliği ve ormancılık sektörünün uzun dönemli hedefleri arasında yer alan modelleme çalışmalarında kullanılabilir.

Keywords

Fagus orientalis, İklim değişikliği, Ölü örtü, Karbon

Supporting Institution

Orman Genel Müdürlüğü

Project Number

ESK-32(6322)/2017-2022

Thanks

Bu çalışma, Orman Genel Müdürlüğü tarafından “Kayın meşcerelerinde ölü örtü dökümü miktarı ve karbon içeriğinin belirlenmesi (ESK-32(6322)/2017-2022)” isimli proje kapsamında desteklenmiştir.

References

• Aertsen, W., Kint, V., Orshoven, J., Özkan, K., Muys, B., 2010. Comparison and ranking of different modelling techniques for prediction of site index in Mediterranean mountain forests. Ecological Modelling, 221(8): 1119-1130. https://doi.org/ 10.1016/j.ecolmodel.2010.01.007
• Akman, Y., Barbero, M., Quezel, P., 1979. Contribution `a l’etude de la vegetation foresti`ere d’Anatolie mediterraneenne. Phytocoenologia, 5(3): 277–346.
• Berg, B., Lazkowski, R., 2005. Litter Fall. Advances in Ecological Research, 38: 19-71. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(05)38002-0
• Bille-Hansen, J., Hansen, K., 2001. Relation between defoliation and litterfall in some danish Picea abies and Fagus sylvatica stands. Scandian Journal of Forest Research, 16: 127–137. https://doi.org/10.1080/028275801300088189 Bueis, T., Bravo, F., Pando, V., Turrión, M.B. 2017. Influencia de la densidad del arbolado sobre el desfronde y su reciclado en pinares de repoblación del norte de España. Bosque, 38(2): 401˗407. https://doi.org/10.4067/S0717-92002017000200017
• Clark, D.A., Brown, S., Kicklighter, D.W., Chambers, J.Q., Thomlinson, J.R., Ni, J., Holland, E.A. 2001. Net primary production in tropical forests: an evaluation and synthesis of existing field data. Ecological Applications, 11: 371–384. https://doi.org/10.1890/1051-0761(2001)011[0371: NPPITF] 2.0.CO;2
• 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): 178-193. http://dx.doi.org/10.17099/jffiu.301602
• 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.
• Çömez, A., Güner, Ş.T., Tolunay, D., 2016. Sündiken Dağları Sarıçam (Pinus sylvestris L.) Meşcerelerinde İbre Dökümü ve Ölü Örtü Ayrışması ile Üst Topraktaki Karbon Birikimi Arasındaki İlişkilerin Belirlenmesi. Orman Genel Müdürlüğü, Orman Toprak ve Ekoloji Araştırmaları Enstitüsü Müdürlüğü, Proje Sonuç Raporu, Proje Numarası: ESK-09 (6303), Eskişehir.
• 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): 1–14. https://doi.org/10.1007/s10342-018-1148-6
• Dimitrova, V., Damyanova, S., 2023. Chemical composition of litterfall in beech (Fagus sylvatica L.) forests. Wseas Transactions on Environment and Development, 19: 412-417. https://doi.org/10.37394/232015.2023.19.38
• Dimitrova, V., Dimitrov, D., Malchev, D., 2023. Litterfall in beech forest (Fagus sylvatica L.). V. International Halich Congress on Multidisciplinary Scientific Research, 15-16 January, Istanbul, Türkiye, pp. 702-706.
• DTREG., 2023. DTREG predictive modeling software. https://www.dtreg.com/, Erişim: 06.06.2023.
• Erkan, N., Güner, Ş.T., 2018. Determination of carbon concentration of tree components for Scotch pine forests in Türkmen Mountain (Eskişehir, Kütahya) Region. Forestist, 68(2): 87-92. https://doi.org/10.26650/forestist.2018.330657
• Erkan, N., Comez, A., Aydin, A.C., Denli, O., 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. https://doi.org/10.1080/02827581. 2017.1406135
• González-Rodríguez, H., López-Hernández, J. M., Ramírez-Lozano, R. G., Gómez-Meza, M. V., Cantú-Silva, I., Sarquís-Ramírez, J. I., Mora Olivo, A. 2019. Litterfall deposition and nutrient return in pine-oak forests and scrublands in northeastern Mexico. Madera y Bosques, 25(3): e2531514. https://doi.org/ 10.21829/myb.2019.2531514
• Güner, Ş.T., 2019. Changes in carbon concentration of tree components for Kazdağ fir (Abies nordmanniana subsp. equi-trojani) forests. Fresenius Environmental Bulletin, 28(1): 116-123.
• Güner, Ş.T., Özel, C., Türkkan, M., Akgül, S., 2019. Türkiye’deki sahilçamı ağaçlandırmalarında ağaç bileşenlerine ait karbon yoğunluklarının değişimi. Ormancılık Araştırma Dergisi, 6(2): 167-176. https://doi.org/10.17568/ogmoad.546116
• 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, A18(2): 53-76.
• IUSS Working Group WRB, 2015. World reference base for soil resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106, FAO, Rome.
• Jiménez, M.N., Navarro, F.B., 2016. Thinning effects on litterfall remaining after 8 years and improved stand resilience in Aleppo pine afforestation (SE Spain). Journal of Environmental Management, 169: 174-183. https://doi.org/10.1016/ j.jenvman.2015.12.028
• Jonczak, J., 2013. Dynamics, structure and properties of plant litterfall in a 120-year old beech stand in Middle Pomerania between 2007-2010. Soil Science Annual, 64(1): 8-13.
• Kavvadiasa, V.A., Alifragisa, D., Tsiontsisb, A., Brofasc, G., Stamatelosd, G., 2001. Litterfall, litter accumulation and litter decomposition rates in four forest ecosystems in northern Greece. Forest Ecology and Management, 144: 113-127. https://doi.org/10.1016/S0378-1127(00)00365-0
• Koray, E.Ş., Tolunay, D., 2020. Türkmen Dağı karaçam meşcerelerinde döküm ile ekosisteme giren besin maddesi miktarları. Türkiye Ormancılık Dergisi, 21(3): 201-214. https://doi.org/10.18182/tjf.727552
• 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(1): 203-214. https://doi.org/10.1007/s10342-015-0893-z
• MGM., 2020. Meteorolojik Veri. Meteoroloji Genel Müdürlüğü. Ankara.
• Moisen, G.G., Frescino, T.S., 2002. Comparing five modelling techniques for predicting forest characteristics. Ecological Modelling, 157: 209-225. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(02)00197-7
• MTA., 2021. 1:500,000 Ölçekli Türkiye jeoloji haritaları. http://www.mta.gov.tr/v3.0/hizmetler/500bas, Erişim: 04.01.2021.
• Navarro, F.B., Romero-Freire, A., Del Castillo, T., Foronda, A., Jiménez, M.N., Ripoll, M. A., Sánchez-Miranda, A., Huntsinger, L., Fernández-Ondono, E. 2013. Effects of thinning on litterfall were found after years in a Pinus halepensis afforestation area at tree and stand levels. Forest Ecology and Management, 289(1): 354–362. https://doi.org/ 10.1016/ j.foreco.2012.09.026
• OGM., 2021. Türkiye Orman Varlığı 2020. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Orman İdaresi ve Planlama Dairesi Başkanlığı, Ankara.
• Özkan, K., Berger, U., 2014. Predicting the potential distribution of plant diversity in the yukarıgökdere forest district of the Mediterranean region. Polish Journal of Ecology, 62: 441–454.
• Özyuvacı, N., 1999. Meteoroloji ve Klimatoloji. İstanbul Üniversitesi Yayın No. 460, Istanbul.
• Pausas, J.G., 1993. Litterfall in two Pyrenean stands of Pinus sylvestris L. under different environmental conditions. Folia Botanica Miscelania, 9: 127-136.
• Pérez-Alaveza, Y., Rodríguez-Ortiza, G., Santiago-Garcíab, W., Campos-Angelesa, G.V., Enríquez-del Vallea, J.R., Martin, M.P., 2023. Effect of thinning intensity on litterfall biomass and nutrient deposition in a naturally regenerated Pinus pseudostrobus Lind. forest in Oaxaca, Mexico. Journal of Sustainable Forestry, 42(1): 77–94. https://doi.org/10.1080/ 10549811.2021.1946410
• Portillo-Estrada, M., Korhonen J.F.J., Pihlatie, M., Pumpanen, J., Frumau, A.K. F., Morillas, L., Tosens, T., Niinemets, Ü., 2013. Inter- and intra-annual variations in canopy fine litterfall and carbon and nitrogen inputs to the forest floor in two European coniferous forests. Annals of Forest Science, 70: 367–379. https://doi. org/10.1007/s13595-013-0273-0
• Qin, Q., Wang, H., Li, X., Xie, Y., Lei, X., Zheng, Y., Yang, D., Wang, F., 2019. Spatial heterogeneity and affecting factors of litter organic carbon and total nitrogen over natural spruce-fir mixed forests in northeastern China. Catena, 174: 293–300. https://doi. org/10.1016/j.catena.2018.11.020
• Regina., I.S., Tarazona, T., 2000. Nutrient return to the soil through litterfall and throughfall under beech and pine stands of sierra de la Demanda, Spain. Arid Soil Research and Rehabilitation, 14(3): 239-252. http://dx.doi.org/10.1080/ 089030600406653
• Sargıncı, M., Yıldız, O., Tolunay, D., Toprak, B., Temür, Ş., 2021. Leaf litter dynamics in Western Black Sea mountainous forest ecosystems. Canadian Journal of Forest Research, 51(12): 1821-1832. https://doi.org/10.1139/cjfr-2020-0489
• SPSS., 2015. SPSS 22.0 Guide to Data Analysis, published by Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, USA.
• 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. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2004.10.047
• Türe, C., Tokur, S., Ketenoğlu, O., 2005. Contribution to the syntaxonomy and ecology of the forest and shrub vegetation in Bithynia, Northwestern Antolia, Turkey. Phyton (Austria), 45: 81–115. https://eurekamag.com/research/004/088/004088365. php
• 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, 15 p. http://www.icpforests.org/Manual.htm].
• Zhu, X., Zou, X., Lu, E., Deng, Y., Luo, Y., Chen, H., Liu, W., 2021. Litterfall biomass and nutrient cycling in karst and nearby non-karst forests in tropical China: a 10-year comparison. Science of The Total Environment, 758: 143619. https://doi.org/ 10.1016/j.scitotenv.2020.143619