Free access
Issue
Ann. For. Sci.
Volume 62, Number 3, April-May 2005
Page(s) 245 - 252
DOI http://dx.doi.org/10.1051/forest:2005016
Ann. For. Sci. 62 (2005) 245-252
DOI: 10.1051/forest:2005016

Precipitation partitioning and related nutrient fluxes in a subtropical forest in Okinawa, Japan

Xiaoniu Xua, b, c, Qin Wanga, b and Eiji Hiratab

a  Department of Forestry, Anhui Agricultural University, Hefei, Anhui 230036, P.R. China
b  Faculty of Agriculture, University of the Ryukyus, Nishihara, Okinawa 903-0213, Japan
c  Present address: Field Science Center for Northern Biosphere, Hokkaido University, Nayoro, Hokkaido 096-0071, Japan

(Received 15 April 2004; accepted 31 August 2004)

Abstract - Precipitation partitioning into throughfall and stemflow and related hydrochemical fluxes were examined during a 3 y period from January 1998 to December 2000 in a subtropical evergreen broad-leaved forest on Okinawa Island, Japan. Monthly water samples were collected to determine the concentrations and associated fluxes of bioelements. The mean annual precipitation during the study period was 3325 mm. Typhoons played a central role in the hydrology of the study forest with 11 typhoons contributing 29.1% of the total rainfall over the 3 y period. Throughfall and stemflow contributed 53.9% and 30.9% of the annual rainfall, respectively, implying a rainfall interception of 15.2%. The very high fraction of stemflow could be due to the crown morphology of the dominant species, Castanopsis sieboldii, that has inclined branches and concave shaped leaves. Mean pH in the precipitation was 6.22, and decreased significantly as the water passed through the canopy. Concentrations of total N, DOC, K, Na, Ca, and Mg showed a clear pattern of enrichment in both throughfall and stemflow compared to rainfall. The proximity to the Pacific Ocean strongly influenced the nutrient fluxes via rainfall at our site as illustrated by the extremely high Na fluxes via rainfall (213 kg Na ha-1 y-1) and throughfall plus stemflow (291 kg Na ha-1 y-1). The mean annual nutrient inputs (in kg ha-1) were: total N 43, P 2.6, K 76, Ca 49, Mg 30, Na 291, Al 1.8, Fe 1.0, and Mn 1.1. The input of DOC reached 361 kg C ha-1 y-1. The high nutrient inputs via net precipitation (throughfall plus stemflow) especially for N at our site is thought to reflect the frequent occurrence of sea salt-induced stress and serious herbivory by insect.


Résumé - Partition des précipitations et flux de nutriments dans une forêt subtropicale d'Okinawa au Japon. La partition des précipitations entre eau arrivant directement au sol et écoulement le long des troncs et flux hydrochimiques liés a été étudié pendant 3 ans de janvier 1998 à décembre 2000 dans une forêt feuillue à feuilles persistantes de l'île d'Okinawa au Japon. Mensuellement des échantillons d'eau étaient collectés pour déterminer les concentrations et les flux des bioéléments. Les précipitations annuelles moyennes pendant la période étudiée ont atteint 3325 mm. Les typhons jouent un rôle central dans l'hydrologie de la forêt étudiée avec 11 typhons contribuant à 29,1 % des précipitations totales pour les 3 ans de la période d'étude. L'eau arrivant directement au sol et l'écoulement le long des troncs représentent respectivement 53,9 % et 30,9 % des précipitations incidentes annuelles, impliquant une interception des précipitations de 15,2 %. La part importante de l'écoulement le long des troncs pourrait être dû à la morphologie des couronnes de l'espèce dominante Castanopsis sieboldii qui a des branches inclinées et des feuilles de formes concaves. Le pH des précipitations incidentes était de 6,22, il baissait significativement avec la traversée de l'eau à travers les couronnes. Les concentrations totales de N, DOC (carbone organique dissous), K, Na, Ca et Mg montrent un modèle évident d'enrichissement au niveau de l'eau traversant directement les couronnes et de l'écoulement le long des troncs comparativement aux précipitations incidentes. La proximité de l'Océan Pacifique influence fortement lees flux de nutriments dans le site étudié comme le montre les flux élevés de Na apportés par les précipitations incidentes (213 kg Na ha-1 an-1) et l'eau arrivant directement au sol et l'écoulement le long des troncs (291 kg Na ha-1 an-1). La moyenne annuelle des apports de nutriments était de (en kg ha): N total 43, P 2,6, K 76, Ca 49, Mg 30, Na 291, Al 1,8, Fe 1,0 et Mn 1,1. L'apport de DOC a atteint 361 kg de carbone par hectare et par an. L'apport élevé de nutriments par l'ensemble des précipitations arrivant au sol (eau traversant directement plus écoulement le long des troncs) particulièrement en ce qui concerne N peut être le reflet des stress induits par l'eau salée et les insectes herbivores.


Key words: Castanopsis sieboldii / dissolved organic carbon / evergreen broad-leaved forest / nutrient cycling / stemflow / throughfall

Mots clés : Castanopsis sieboldii / carbone organique dissous / forêt feuillue à feuilles persistantes / cycle des nutriments / écoulement le long des troncs / eau arrivant directement au sol

Corresponding author: Xiaoniu Xu xiaoxu@fsc.hokudai.ac.jp

© INRA, EDP Sciences 2005