Ann. For. Sci. 53 (1996) 561-570
DOI: 10.1051/forest:19960235

Local variations of ecosystem functions in Mediterranean evergreen oak woodland

R Joffre, S Rambal and F Romane

Centre d'écologie fonctionelle et évolutive, CNRS, BP 5051, 34033 Montpellier cedex, France

Abstract - The spatial variation of ecosystem function was studied in a Quercus ilex coppice growing on hard limestone with low soil water availability. Spatial structures obtained from data on i) leaf area index, ii) leaf litterfall, and iii) leaf litter decay rate were compared. All these variables were sampled on 26 points located within a 30 x 30 m plot. Mean average leaf litterfall over 10 years (1984-1993) was 254 g.m^-2. For each year, the semivariograms of leaf litterfall have been fitted using a spherical model. The values of the range parameter (indicating the limit of the spatial dependence) ranged from 6.4 to 10.3 m, very close to the value (9.2 m) of the range parameter obtained when fitting the semivariogram of mean leaf litterfall over 10 years. This result indicates the temporal persistence of the spatial pattern of leaf litterfall. The leaf area index (LAI) was estimated at the same points with a plant canopy analyzer. The mean value was 2.96 ± 0.30. The limit of spatial dependence for LAI was very close to that obtained for leaf litterfall (range = 8.5 m). The litter decomposition pattern was obtained through analysis of litter samples taken at the same points. The percentage of ash-free litter mass remaining (LMR) estimated using near-infrared reflectance spectroscopy indicates the stage of decomposition. It decreased strongly between the surface (mean value 85.6%) and the subsurface layers (mean value 63.4%). The two semivariograms can be described by spherical models, the sill being reached at a range of 21.4 and 18.7 m for the surface and subsurface layers, respectively. The two variables directly related to the structure of the canopy (LAI and leaf litterfall) exhibited close spatial dependence and differed from the soil process-related variables (stage of decomposition) whose ranges were approximately double. These geostatistical analyses show promise for use in developing hypotheses concerning the spatial scale of process-pattern interactions.

Résumé - Variations locales du fonctionnement d'un taillis de chêne vert. Les variations locales de paramètres structuraux et fonctionnels ont été estimées pour un taillis de Quercus ilex se développant sur karst en climat méditerranéen. Les structures spatiales de i) l'indice foliaire, ii) la chute de litière des feuilles, et iii) les taux de décomposition des litières ont été identifiées par une analyse géostatistique. Ces paramètres ont été mesurées sur 26 points d'échantillonnage répartis dans une placette de 30 x 30 m. Les chutes de litière ont été collectées pendant 10 années (1984-1993) autorisant la comparaison des structures spatiales obtenues pour chaque année. L'ajustement annuel des chutes de litières de feuilles à un modèle sphérique donne des valeurs de la portée du semi-variogramme (indiquant la limite de dépendance spatiale) comprises entre 6,4 et 10,3 m. Ces valeurs sont très proches de celle (9,2 m) calculée à partir de la moyenne des chutes de litières pour la période 1984-1993. Ce résultat montre la persistance du patron spatial de chute de litières. L'indice foliaire moyen de la parcelle était de 2,96 (± 0,3). La limite de dépendance spatiale de cette variable est de 8,5 m, très proche de celle obtenue pour la chute de litière. Les taux de décomposition des litières sur les mêmes points d'échantillonnage, exprimés en pourcentage restant de la matière organique initiale, ont été estimés par spectroscopie proche infrarouge. Ces taux décroissent fortement entre l'horizon de surface (valeur moyenne 85,6%) et l'horizon immédiatement sous-jacent (valeur moyenne 63,4 %). Les portées des semi-variogrammes obtenus sont de 21,4 m et 18,7 m pour ces deux horizons. Les deux paramètres directement reliés à la structure du taillis (indice foliaire et chute de litière) présentent des structures spatiales très proches. Elles diffèrent fortement de celles des paramètres décrivant des processus édaphiques. L'approche géostatistique employée permet ainsi de développer des hypothèses relatives à l'analyse spatiale des interactions entre patrons et processus écologiques.

Key words: Quercus ilex / geostatistics / decomposition / leaf area index / litterfall / local variation

Mots clés : tailis / Quercus ilex / géostatistique / décomposition / indice foliaire / litière / variabilité locale