Ann. For. Sci. 55 (1998) 749-769
DOI: 10.1051/forest:19980701

Nutrient cycling in deciduous forest ecosystems of the Sierra de Gata mountains: aboveground litter production and potential nutrient return

Juan F. Gallardo^a, Alejandro Martin^b and Ignacio Santa Regina<sup>a

a</sup>  CSIC, Apdo 257, Salamanca 37071, Spain
^b  Area de Edafología, Facultad de Farmacia, Salamanca 37080, Spain

Abstract - The potential nutrient return in a chestnut coppice (Castanea sativa Miller) over a period of 3 years (1991-1994) has been established and compared with the returns found in four deciduous oak (Quercus pyrenaica Wild.) forests (1990-1993) located in the Sierra de Gata mountains (central Spanish system). A convergence of abscission phenology patterns was observed among the different ecosystems studied, together with a delay in leaf fall at the warmest plot. This similarity is logical since the plots harbour the same deciduous species which are, however, subjected to climatological variations. The chestnut coppice was found to be more productive than the oak forests, the amounts of leaves, branches, flowers and total litterfall being significantly greater. Statistical analysis showed a highly significant correlation between the chestnut coppice and the oak forest aboveground production, ranging between 0.82 and 0.96 for the leaves and between 0.72 and 0.89 for the total litter. In general, the leaf organs of the chestnut trees showed a higher concentration of bioelements than the oaks, with N and Ca predominant in the buds, Ca and Zn in the branches, K in the fruits, and above all Fe and Cu in the other plant remains. In all the forests studied, the potential nutrient supply fluctuated over the years and depended strongly on phenological factors; above all it was found to be governed by the leaves, which contributed most to the return of mineral nutrients to the soil. The most marked potential nutrient return through the oak aerial organs occurred on the plot with the lowest rainfall, particularly with respect to P and Ca. Considering all the forest plots, the general sequence of the amount of bioelements returning with the litterfall to the soil was as follows: with the exception of one oak plot (with an acid soil reaction and poor soil drainage), where the Mn return was higher than that of P owing to the high concentration of Mn in all the litter components. (© Inra /Elsevier, Paris.)

Résumé - Cycle des bioéléments dans des écosystèmes forestiers de la Sierra de Gata : production de litière et retour potentiel des bioéléments. Le retour potentiel des éléments biogènes dans un taillis de châtaignier (Castanea sativca Miller) a été comparé pendant trois années avec les retours observés dans quatre chênaies caducifoliées (Quercus pyrenaica Wild.) localisées dans la Sierra de Gata (système montagneux central espagnol). L'abcission des feuilles coïncide dans le temps dans tous les écosystèmes forestiers car ils sont situés dans les mêmes conditions climatiques, excepté un petit décalage en ce qui concerne la station la plus chaude. La châtaigneraie est la forêt la plus productive. Il y a une corrélation entre production totale de litière (coefficients de corrélation variant de 0,72 à 0,89) et production des feuilles (coefficients de corrélation variant de 0,82 à 0,96) de la châtaigneraie et des chênaies. En général, les feuilles du châtaignier présentent une plus grande concentration de bioéléments que celles des chênes. Dans l'ensemble des forêts étudiées, il y a une variation interannuelle de la production de litière et aussi du retour potentiel des bioéléments. Ce retour potentiel est contrôlé par les feuilles, car celles-ci représentent environ 80 % de la production aérienne de biomasse totale. Le retour potentiel le plus important correspond à la châtaigneraie (sauf pour Ca) puis à la chênaie la plus sèche, pour ce qui concerne Ca et P. La séquence générale d'abondance des bioéléments contenus dans la litière dans tous les peuplements est la suivante : C > N > Ca > K > Mg > P > Mn > Na > Fe > Zn > Cu, avec l'exception de Mn (plus abondant que P) dans la chênaie ayant le sol le plus acide et le moins perméable. (© Inra /Elscvier, Paris.)

Key words: forest ecosystems / nutrient cycling / litterfall / Castanea sativa / Quercus pyrenaica

Mots clés : écosystèmes forestiers / cycles des bioéléments / litière / Castanea sativa / Quercus pyrenaica