Ann. For. Sci. 63 (2006) 355-368
DOI: 10.1051/forest:2006016

On the niche breadth of Fagus sylvatica: soil nutrient status in 50 Central European beech stands on a broad range of bedrock types

Christoph Leuschner, Ina C. Meier and Dietrich Hertel

Plant Ecology, Albrecht-von-Haller-Institute of Plant Sciences, University of Göttingen, Untere Karspüle 2, 370737 Göttingen, Germany

(Received 1 June 2005; accepted 4 January 2006; published online 17 May 2006)

Abstract - The soil nutrient status of 50 Central European stands of Fagus sylvatica on 13 acidic to basic bedrock types was investigated with the aim (i) to define the extremes of important soil chemical and nutrient status parameters tolerated by beech forests, (ii) to investigate the dependency of these parameters on bedrock type and soil acidity, and (iii) to analyse the importance of the organic layer for the nutrient status of beech forests. Based on the parameters exchangeable cation pool (Ca + Mg + K , N/P ratio of the organic layer and C/N ratio of the mineral soil, three nutrient supply classes were identified: (1) limestone and claystone soils (C/N 15-18 mol mol^-1, N/P 20-26 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 5-38 mol m^-2 per 10 cm soil), (2) silicate-rich sandstone, tertiary sand, loamy loess and moraine soils (C/N 20-26 mol mol^-1, N/P 24-45 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 2-3 mol m^-2 10 cm^-1), and (3) soils derived from silicate-poor sandy deposits (C/N 28-34 mol mol^-1, N/P 47-59 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 1-3 mol m^-2 10 cm^-1). Soil chemical extremes tolerated by beech were 3-99% base saturation, 3.2-7.3 of pH (H₂O), and minima of resin-exchangeable P of 11 mol m^-2, and of (Ca + Mg + K) of 0.4 mol m^-2 in the topsoil (0-10 cm). A highly variable amount of exchangeable Al in the mineral soil was identified as the key factor controlling the accumulation of C in the organic layer (OL, OF, OH). Increasing organic layer N/P ratios (19 to 59 mol mol^-1) from basic to acidic soils point at a growing importance of P limitation over N limitation with increasing acidity in beech forest soils.

Résumé - Sur la niche écologique du hêtre Fagus sylvatica : statut nutritif des sols de 50 peuplements de hêtre d'Europe centrale. Le statut nutritif des sols de 50 peuplements de Hêtre (Fagus sylvatica) croissant sur 13 types de roches mère a été étudié dans le but de (i) définir les conditions d'alimentation édaphiques extrêmes tolérées par le hêtre, (ii) étudier les relations roche mère-conditions édaphiques, et (iii) analyser l'importance de couche organique pour le statut nutritif des forêts de hêtre. En se basant sur la réserve de cations échangeables, le rapport N/P de la couche organique et le rapport C/P du sol minéral, trois classes d'alimentation minérale ont été identifiées : (1) sols calcaire et argileux (C/N 15-18 mol mol^-1, N/P 20-26 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 5-38 mol m^-2 par 10 cm de sol), (2) grès siliceux, sables tertiaires, loess limoneux et sols de moraine (C/N 20-26 mol mol^-1, N/P 24-45 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 2-3 mol m^-2 10 cm^-1), et (3) sols dérivés de dépôts siliceux pauvres en bases (C/N 28-34 mol mol^-1, N/P 47-59 mol mol^-1, (Ca + Mg + K) 1-3 mol m^-2 10 cm^-1). Le hêtre tolère les valeurs chimiques extrêmes suivantes: saturation en base de 3 à 99 %, pH (H₂O) de 3.2 à 7.3, valeur minimale de P échangeable de 11 mol m^-2, et de (Ca + Mg + K) de 0.4 mol m^-2 dans l'horizon supérieur (0-10 cm). La quantité très variable d'Al échangeable dans le sol minéral a été identifiée comme le facteur clé contrôlant l'accumulation de C dans la couche organique (OL, OF, OH). L'augmentation du rapport N/P des humus des sols basiques aux sols acides indique dans les sols de hêtraie une limitation croissante par le P par rapport au N lorsque l'acidité augmente.

Key words: base saturation / C / N ratio / exchangeable cations / N / P ratio

Mots clés : saturation en base / C / N / cations échangeables / N / P

Corresponding author: cleusch@uni-goettingen.de

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