DOI: 10.1051/forest:2001128

Ann. For. Sci. 58 (2001) 301-314

Organic matter and nitrogen dynamics in a mature forest of common beech in the Sierra de la Demanda, Spain

Ignacio Santa Regina^a and Teresa Tarazona<sup>b

a</sup>  I.R.N.A./C.S.I.C. Cordel de Merinas 40-52, Apdo 257, 37071 Salamanca, Spain
^b  Servicio de Medio Ambiente, J.C.L. Villar y Macías no 1, Salamanca, Spain

(Received 21 February 2000; accepted 9 October 2000)

Abstract
Aboveground biomass, litterfall, leaf weight loss due to decomposition, N return and seasonal leaf N dynamics were studied in the Sierra de la Demanda, Spain, a Mediterranean climatic zone. The forest ecosystem considered was a climax beech (Fagus sylvatica L.) forest. Aboveground biomass was estimated by cutting and weighing seven trees from a beech stand according to diameter classes, recording the categories of trunk, branches and leaves. The results indicate a total biomass of 132.7 Mg ha^-1. The litterfall was 4 682 kg ha^-1 yr^-1, although variations from year to year were observed, mostly due to water stress in summer. Greater K (Jenny's constant) and K_o (Olson's constant) values were obtained for total litter than for leaves alone. It is possible that the mean soil humidity might not be a limiting factor in the decomposition process and that this effect would be due to the distribution of rainfall rather than to the total amount of precipitation together with elevated temperature and airing of the holorganic soil horizon. The leaf N contents of beeches growing in the Sierra de la Demanda were studied, relating the contents to other structural stand characteristics. For this, N was analysed in shed leaves, in leaf biomass and in leaves decomposing on a test plot in the "Tres Aguas"beech forest. Leaf nitrogen contents were measured over a vegetative cycle in the above beech forest. Finally, leaf nitrogen contents were studied in thirty beech stands in the Sierra de la Demanda located at different altitudes. Annual nitrogen accumulation in leaf biomass was 79.4 kg ha^-1 yr^-1, of which 22.9 kg ha^-1 yr^-1 were returned to the soil substrate through shedding and 2.1 kg ha^-1 yr^-1 were actually incorporated into the soil. Nitrogen cannot be a limiting factor for the development of the beech stands studied because all of them surpassed the leaf deficiency threshold. Only other factors such as soil texture and structure or silvicultural treatment have a decisive effect on the production of the stand studied. The correlations for leaf nitrogen contents and the structural stand characteristics explored revealed that leaf nitrogen was only slightly correlated with the mean height of the trees at the plot.

Résumé
Dynamique de la matière organique et de l'azote dans une hêtraie de la Sierra de la Demanda (Espagne). La biomasse aérienne, la retombée de litière, la perte de poids de feuilles en décomposition, le retour et la dynamique saisonnière de l'azote des feuilles, ont été estimés dans une hêtraie (Fagus sylvatica L.) de la Sierra de la Demanda, (Espagne). La biomasse a été estimée par coupe et pesée de sept arbres selon la distribution des diamètres. Les poids des troncs, branches et feuilles ont été mesurés. Les résultats indiquent une biomasse totale de 132,27 Mg ha^-1. La chute de litière est de 4 682 kg ha^-1 an^-1, cependant on a observé des variations inter-annuelles, principalement dues au stress hydrique estival. Les index de décomposition de Jenny (K) et Olson (K_o) sont plus élevés pour la litière totale que pour les feuilles seulement. L'humidité moyenne du sol n'est pas un facteur limitant du processus de décomposition. Les teneurs en azote dans les feuilles ont été mesurées pour la biomasse totale, et au cours de la décomposition, pendant un cycle végétatif, et dans les feuilles de trente parcelles de hêtre. L'accumulation annuelle d'azote dans les feuilles de la biomasse fut de 79,4 kg ha^-1 an^-1 dont 29,9 kg ha^-1 an^-1 retournent au sol par la chute de litière et 2,1 kg ha^-1 an^-1 sont incorporés annuellement au sol. L'azote ne semble pas être le facteur limitant dans les parcelles de hêtraie étudiées, d'autres facteurs comme la texture, la structure du sol ou le traitement sylvicole, interviennent dans l'explication des variations observées. Les corrélations entre les contenus en azote et les caractéristiques structurelles des parcelles indiquent que seulement l'azote est corrélé avec la hauteur moyenne des arbres.

Key words: aboveground biomass / litterfall / weight loss / nitrogen / forest ecosystem

Mots clés : biomasse aérienne / retombée de litière / perte de poids / azote / écosystème forestier

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