Element analysis of tree rings in pedunculate oak heartwood: an indicator of historical trends in the soil chemistry, related to atmospheric deposition

Abstract - When investigating historical alterations of the soil chemistry, it could be interesting to determine the mineral content of the successive annual tree rings. The study reported here aimed at verifying this assumption. Oak heartwood was selected in order to minimize the disturbance due to element translocations in the wood. This study was carried out in a forest included in a floristic and edaphic survey performed earlier throughout northeast France. Xylem cores were extracted from the boles of five over 60-year-old pedunculate oaks in each of 68 plots. The analysis showed on average an increase in nitrogen and aluminum, a decrease in phosphorus, potassium and magnesium, and no change for calcium, in the rings corresponding to the last 30 years of the heartwood (1938-1967). These results are consistent with those of the floristic and edaphic survey, which had shown an increase in nitrogen and a trend towards acidification in most of the soils between 1970 and 1990, mainly due to atmospheric deposition (Thimonier et al, 1992). Thus, these changes in the soil chemistry had probably already affected the forest studied between 1938 and 1967. Finally, tree-ring analysis of oak heartwood appeared to be an effective approach to reveal historical changes in forest soil chemistry.

Résumé - Analyse minérale des cernes annuels du bois de coeur de chêne pédonculé ; un outil de détection de changements intervenus dans les propriétés du sol, en relation avec les dépôts atmosphériques. L'étude porte sur l'intérêt potentiel de l'analyse des cernes successifs du bois pour appréhender l'évolution dans le temps des propriétés du sol. Le choix du bois de coeur de chêne pédonculé pour cette étude devrait permettre de minimiser les effets perturbateurs des translocations d'éléments à l'intérieur du bois. L'étude a été réalisée dans une forêt incluse dans une enquête floristique et édaphique réalisée précédemment dans le nord-est de la France (Thimonier et al, 1992). Des «carottes» de bois ont été extraites du tronc de cinq chênes pédonculés âgés de plus de 60 ans dans chacun des 68 placeaux retenus. L'analyse a montré en moyenne une augmentation de l'azote et de l'aluminium, une diminution du phosphore, du potassium et du magnésium, et aucune tendance pour le calcium, dans les cernes correspondant aux 30 dernières années du bois de coeur (de 1938 à 1967). Ces résultats sont cohérents avec ceux de l'étude floristique et édaphique, qui avait montré que la plupart des sols concernés avaient subi entre 1970 et 1990 un enrichissement en azote et une tendance vers l'acidification, essentiellement à la suite de dépôts d'origine atmosphérique. Il est donc probable que cette évolution des propriétés du sol ait déjà affecté la forêt étudiée entre 1938 et 1967. Il apparaît ainsi que l'analyse des cernes annuels de bois de coeur de chêne pédonculé pourrait constituer une approche intéressante pour révéler des changements intervenus dans le passé au niveau des propriétés chimiques du sol.