Nitrogen circulation in a Mediterranean holm oak forest, La Castanya, Montseny, northeastern Spain

International audienceThe importance of storm frequency as well as the groundwater and hyporheic inputs on nitrate (NO3-N) and ammonium (NH4-N) levels in stream water were studied in a small perennial Mediterranean catchment, Riera Major, in northeast Spain. NO3-N concentrations ranged from 0.15 to 1.9 mg l-1. Discharge explained 47% of the annual NO3-N concentration variance, but this percentage increased to 97% when single floods were analysed. The rate of change in nitrate concentration with respect to flow, ?NO3-N/?Q, ranged widely from 0 to 20 ?g NO3-N s l-2. The ?NO3-N/?Q values fitted to a non linear model with respect to the storm flow magnitude (?Q) (r2=0.48, d.f.=22, P3-N/?Q occurred at intermediate ?Q values, whereas low ?NO3-N/?Q values occurred during severe storms (?Q > 400 l s-1). N3-N concentrations exhibit anticlockwise hysteresis patterns with changing flow and the patterns observed for autumnal and winter storms indicated that groundwater was the main N3-N source for stream and hyporheic water. At baseflow, NO3-N concentration in groundwater was higher (t=4.75, d.f.=29, P>0.001) and co-varied with concentrations in the stream (r=0.91, d.f.=28, P3-N concentration in hyporheic water was identical to that in stream water. The role of the hyporheic zone as source or sink for ammonium was studied hyporheic was studied comparing its concentrations in stream and hyporheic zone before and after a major storm occurred in October 1994 that removed particulate organic matter stored in sediments. Results showed high ammonium concentrations (75±28 s.d. ?g NH4-N l-1) before the storm flow in the hyporheic zone. After the storm, the ammonium concentration in the hyporheic dropped by 80% (13.6±8 ?g N4-N l-1) and approached to the level found in stream water (11±8 ?g NH4-N l-1) indicating that indisturbed hyporheic sediments act as a source for ammonium. After the storm, the ammonium concentrations in the stream, hyporheic and groundwater zones were very similar suggesting that stream ammonium concentrations are sustained mainly by input from groundwater. The present study provides evidence that storm flow magnitude is an important source of variability of nitrate concentration and fluxes in Mediterranean streams subjected to an irregular precipitation regime with prolonged dry periods

Efectos del fuego sobre el quimismo de los arroyos en cuencas de landa

Effects of fire on stream water chemistry in heathland watersheds. Conductivity, PH. and concentrations of Nat. K + , Ca2+ and Mg2+ were monitored for up to two years in baseflow water of four streams draining burned and unburned watersheds in Calluna-dominated dry heathlands in Montseny (Barcelona, N E Spain). No significant changes attributable to fire were observed in any of the six measured variables. Lack of sensitivity of baseflow chemistry to burning probably derives from retentior, in soil exchange sites of cations presumably leached from the ash layer. Absorption of nutrients by rapidly regrowing Pteridium aquilinum might have also contributed to cation immobilization.Se midieron la conductividad. el p H y las concentraciones de N a f , K + , Ca2+ y Mg'+ durante dos años en el caudal de base de cuatro arroyos que drenan landas de Calluna quemadas y no quemadas en La Calma (Montseny, Barcelona). No se encontraron efectos significativos del fuego sobrc ninguna de las seis variables estudiadas. La insensibilidad del quimismo del caudal dc base frente al fuego se debe probablemente a la retencion, por el complejo de intercambio del suelo. de 10s cationes presumiblemente lixiviados de la capa de cenizas. La absorción de nutrientes por parte de Pteridium aquilinum, cuyos frondes rebrotan rápidamente tras el incendio, podria tambien contribuir a la inmovilizacibn de 10s cationes

L'ecologia del paisatge : un nou marc de treball per a la ciència de la conservació

El progressiu coneixement del funcionament dels sistemes naturals ha posat en evidència la necessitat de gestionar l'espai i els recursos de forma global per tal de mantenir els processos que s'estableixen dins i entre els ecosistemes. Per a dur a terme aquesta tasca cal, però, un nou marc de treball que permeti la comprensió i l'anàlisi, a una escala espacial rellevant, d'aquests processos ecològics. En aquest treball s'analitzen les possibilitats d'utilitzar el paisatge com a marc de treball de la ciència de la conservació. Des d'una concepció funcional del paisatge, s'analitzen les implicacions a diverses escales del model tessel·la-corredor-matriu desenvolupat per l'ecologia del paisatge. Finalment, es fa un recull de principis sorgits d'aquest marc de treball que poden ser d'utilitat a l'hora de gestionar i protegir els valors naturals.El progresivo conocimiento del funcionamiento de los sistemas naturales ha puesto en evidencia la necesidad de gestionar el espacio y los recursos de forma global, para mantener los procesos que se establecen dentro y entre los ecosistemas. Para llevar a cabo esta tarea hace falta un nuevo marco de trabajo que permita la comprensión y el análisis, a una escala espacial relevante, de estos procesos ecológicos. En este trabajo se analizan las posibilidades de utilizar el paisaje como marco de trabajo de la ciencia de la conservación. Desde una concepción funcional del paisaje se analizan las implicaciones a diversas escalas del modelo tesela-corredor-matriz desarrollado por la ecología del paisaje. Finalmente, se recogen una serie de principios surgidos de este marco de trabajo que pueden ser de utilidad para gestionar y proteger los valores naturales.Increased knowledge of ecosystem function makes clear the need to manage space and resources comprehensively, in order to preserve ecological processes within and between ecosystems. There is a need to develop a conceptual framework that allows the evaluation of these processes at a relevant scale. In this paper, the potential for using the landscape as a framework for conservation science is analyzed. The implications of the patchcorridor-matrix model developed in landscape ecology are evaluated at different spatial scales, emphasizing their functional consequences. The results are summarized in a set of guidelines that may be useful for nature management and conservation

Nitrogen circulation in a Mediterranean holm oak forest, La Castanya, Montseny, northeastern Spain

The importance of storm frequency as well as the groundwater and hyporheic inputs on nitrate (NO₃-N) and ammonium (NH₄-N) levels in stream water were studied in a small perennial Mediterranean catchment, Riera Major, in northeast Spain. NO₃-N concentrations ranged from 0.15 to 1.9 mg l^-1. Discharge explained 47% of the annual NO₃-N concentration variance, but this percentage increased to 97% when single floods were analysed. The rate of change in nitrate concentration with respect to flow, ΔNO₃-N/ΔQ, ranged widely from 0 to 20 μg NO₃-N s l^-2. The ΔNO₃-N/ΔQ values fitted to a non linear model with respect to the storm flow magnitude (ΔQ) (r²=0.48, d.f.=22, P<0.01). High values of ΔNO₃-N/ΔQ occurred at intermediate ΔQ values, whereas low ΔNO₃-N/ΔQ values occurred during severe storms (ΔQ > 400 l s^-1). N₃-N concentrations exhibit anticlockwise hysteresis patterns with changing flow and the patterns observed for autumnal and winter storms indicated that groundwater was the main N₃-N source for stream and hyporheic water. At baseflow, NO₃-N concentration in groundwater was higher (t=4.75, d.f.=29, P>0.001) and co-varied with concentrations in the stream (r=0.91, d.f.=28, P<0.001). In contrast, NO₃-N concentration in hyporheic water was identical to that in stream water. The role of the hyporheic zone as source or sink for ammonium was studied hyporheic was studied comparing its concentrations in stream and hyporheic zone before and after a major storm occurred in October 1994 that removed particulate organic matter stored in sediments. Results showed high ammonium concentrations (75±28 s.d. μg NH₄-N l^-1) before the storm flow in the hyporheic zone. After the storm, the ammonium concentration in the hyporheic dropped by 80% (13.6±8 μg N₄-N l^-1) and approached to the level found in stream water (11±8 μg NH₄-N l^-1) indicating that indisturbed hyporheic sediments act as a source for ammonium. After the storm, the ammonium concentrations in the stream, hyporheic and groundwater zones were very similar suggesting that stream ammonium concentrations are sustained mainly by input from groundwater. The present study provides evidence that storm flow magnitude is an important source of variability of nitrate concentration and fluxes in Mediterranean streams subjected to an irregular precipitation regime with prolonged dry periods.</p> <p style='line-height: 20px;'><b>Keywords: </b>nitrate, discharge regime, hyporheic zone, groundwater, Mediterranean, stream, Riera Major</p

Red rains as major contributors of nutrients and alkalinity to terrestrial ecosystems at Montseny (NE Spain)

During two years (1983-1985), 8 red rains were collected in the Montseny mountains. The suspended matter contained in red rains has its source in the Sahara desert and corresponds to fine silts. Due to the calcite content of dust responsible for the red rains, these rains are alkaline with a volume weighted mean pH of 7.7 versus 4.7 of non-red rains. Estimated HCO; alkalinity input due to red rains is 0.21 keqlhalyr and total annual HCO; alkalinity input is 0.24 keqlhalyr. To that figure, one has to add at least 0.24 keqlhalyr due to the alkalinity of calcite contained in red dust. For the same period, hydrogen input in bulk deposition amounts to 0.19 keqlhalyr. These results indicate that acidity due to non-red rain espisodes is neutralized on an annual basis, with red rains being the major neutralizing agent. Ion concentrations in red rains are high, which makes them an important source of nutrients even though they only account for 5.4% of annual preci itation. Red rains are particularly enriched with ca2+ having a P+ volume-weighted mean Ca concentration 14 times higher than non-red rains and delivering 46% of the annual inputs of soluble ca2+ in bulk precipitation at Montseny.Durant dos anys (1983-1985) es varen recollir 8 pluges de fang a La Castanya (Montseny). La matèria particulada de les pluges de fang s'origina al desert del Sahara, i correspon a llims fins. Degut al contingut de calcita d'aquests llims, les pluges de fang són alcalines, amb un pH mig de 7.7, enfront de 4.7 per la resta de les pluges. L'entrada anual estimada d'alcalinitat en forma de bicarbonat dissolt a les pluges de fang és de 0.21 keq/ha/any, d'un total estimat de 0.24 keq/ha/any per totes les pluges. A aquesta xifra cal afegir almenys 0.24 keq/ha/any degut al contingut de calcita a la fase sblida de les pluges de fang. Durant el mateix període, l'entrada d'hidrogenions a la deposició global és de 0.19 keq/ha/any. Aquests resultats indiquen que, a escala anual, les pluges de fang aporten suficient alcalinitat com per neutralitzar I'acidesa de la resta de les pluges. Les concentracions iòniques són elevades a les pluges de fang, i aquestes són per tant, un factor important en la deposició atmosfkrica de nutrients, encara que representen en promig només un 5.4% de la precipitació anual. Les pluges de fang són particularment riques en calci: la seva concentració mitjana ponderada d'aquest element és 14 vegades més gran que la de la resta de les pluges, i contribueixen amb un 46% a les entrades anuals de calci en la deposició global del Montseny

Creixement de rebrots d'alzina en una brolla postincendi en el període entre tres y sis anys després de fertilitzar-los

La disponibilitat de nutrients pot limitar la velocitat de recreixement de la vegetació després del foc, sobretot en llocs reiteradament cremats. Fruit d'un experiment de fertilització i reg, en aquest treball es valora el creixement en diimetre basal, secció basal i alçada de rebrots d'alzina (Quercus ilex ssp. ballota) en una brolla calcícola postincendi al Bages, durant el període entre tres i sis anys després de fertilitzar-10s. El 1990, cinc anys després del darrer incendi, es van tractar 78 individus en un disseny factorial amb 3 factors a 2 nivells cadascun: fertilització amb nitrogen (O i 500 kg N/ha en aplicació única), fertilització amb fbsfor (O i 250 kg P/ha en aplicació Única) i reg (O i 24 mm setmanals entre els mesos d'abril i agost dels anys 1991, 1992 i 1993). Entre els tres i els sis anys després de la fertilització, el creixement s'ha vist beneficiat significativament pel fbsfor en solitari (14% 13 anys d'increment relatiu mitjl de diimetre basal en les alzines fertilitzades amb només fòsfor respecte a un 6% 13 anys en les alzines control) i per l'acció sinkrgica de nitrogen i fòsfor (33% 13 anys d'increment relatiu de dilmetre basal en les alzines fertilitzades amb tots dos nutrients). El reg previ i el nitrogen en solitari no van tenir efectes significatius sobre el creixement. Aquests resultats demostren que els efectes positius de la fertilització amb P perduren no només els tres primers anys després de fertilitzar, com ja va trobar Sardans (1997), sinó que persisteixen com a m'nim sis anys.Regrowth of vegetation after a fire can be limited by nutrient availability, particularly after repeated bums. Using a previous field experiment of fertilization and irrigation in a bumt calcareous shrubland, we report growth rates in basal diarneter, basal cross sectional area, and height for holm oak (Quercus ilex ssp. ballota) resprouts during the period between 3 and 6 years after fertilization. In 1990, five years after the last burn, 78 holm oak genets were used in a factorial design involving three factors, each at two levels: nitrogen fertilization (O and 500 kg N/ha in a single application), phosphorus fertilization (O and 250 kg Plha in a single application), and irrigation (O and 24 mrn per week from April to August in 1991, 1992 and 1993). Between 3 and 6 years after fertilizing, growth was significantly enhanced by P (mean relative growth rate in basal diarneter of 14% I 3 years in holm oaks fertilized with only P, compared to 6% 13 years in control individuals). There was a positive interaction between N and P, the mean relative growth rate in basal diameter reaching 33% 1 3 years in holm oaks which had received N+P. Previous irrigation and N-only fertilization had no significant effects on growth. These results demonstrate that the positive effects of P fertilization on holm oak regrowth extend not only for the first 3 years after fertilizing as shown by Sardans (1997) but persist at least for 6 years

Canvis en la superficie i el grau de fragmentació del bosc a la plana del Vallès entre els anys 1993 i 2000

En aquest article s'hi analitzen la variació en la superfície de bosc, el grau de fragmentació, les cobertes d'origen del bosc guanyat i la mida i la forma dels polígons de bosc perduts i guanyats a la plana del Vallès entre 1993 i 2000, combinant les dues edicions del mapa de cobertes del sòl de Catalunya (MCSC) amb el SIG MiraMon. La disminució del bosc dens no de ribera en aquesta zona ha estat gairebé del 3% en el període d'estudi. El bosc perdut ha esdevingut majoritàriament superfície forestal no arbrada (matollars i prats), urbana i agrícola. També hi ha hagut una certa recuperació de bosc, que no compensa les pèrdues i que prové principalment de cobertes forestals no arbrades i de conreus. S'observa també un increment de la fragmentació del bosc, que ha afectat a més del 10% de la superfície de les grans àrees boscoses. S'hi comenten finalment la validesa del mètode i les implicacions ecològiques i de conservació d'aquests resultats.En el presente artículo se analizan la variación en la superficie de bosque, su fragmentación, las cubiertas de origen del bosque ganado y de destino del bosque perdido y el tamaño y la forma de los polígonos de bosque perdidos y ganados en el llano del Vallès (área metropolitana de Barcelona) entre 1993 y 2000, combinando las dos ediciones del mapa de cubiertas del suelo de Cataluña (MCSC) con el SIG MiraMon. La disminución del bosque denso no de ribera en esta zona ha sido de casi el 3% en el periodo estudiado. El bosque perdido ha pasado a ser mayoritariamente superficie forestal no arbolada (matorrales y prados), urbana y agrícola. También ha habido una cierta recuperación de bosque que no compensa las pérdidas y que proviene principalmente de cubiertas forestales no arboladas y de cultivos. Se observa también un incremento de la fragmentación del bosque en la zona de estudio, que ha afectado a más del 10% de la superficie de las grandes áreas forestales. Se comentan, finalmente, la validez del método y las implicaciones ecológicas y de conservación de estos resultados.Les changements de la surface de forêt, la fragmentation, les couvertures d'origine de la forêt gagné et du destin de la forêt perdue, et la taille et forme des taches gagnées et perdues de forêt entre 1993 et 2000 ont été évalués a la plaine du Vallès (aire métropolitaine de Barcelone), en combinant les deux éditions de la carte de couverture du sol de la Catalogne (MCSC) avec le SIG MiraMon. La fôret dense non de galerie est réduite d'un 3% à l'aire d'étude. Il y a eu un petit rétablissement de forêt qui n'a pas compensé les pertes et qui viens principalement des fourrés-pelouses et des cultures. On a également observé une augmentation de fragmentation de la forêt, affectant plus de 10% de la surface des grandes aires forestières. On commente finalement l'utilité de la méthodologie et les implications écologiques de ces résultats pour la conservation.Changes in forest area, forest fragmentation, the land cover classes of origin of the gained forest and of destiny of the lost forest, and size and form of the gained and lost forest patches were evaluated in the Vallès lowlands (Barcelona Metropolitan Area) between 1993 and 2000, by combining the two editions of the land cover map of Catalonia (MCSC) using the MiraMon SIG. The area occupied by dense, non-riparian forest decreased by 3% in the studied period. The lost forest has been substituted by shrublands-grasslands, urban land, and croplands. There has been a small recovery of forest as well, mainly from shrublands- grasslands and croplands, which does not compensate the forest loss. An increase of forest fragmentation has also been observed, affecting more than 10% of the surface of the large forest areas. The validity of the methodology and the ecological implications of these results for conservation are finally addressed

Retranslocament de nutrients en les fulles senescents de faig (Fagus sylvatica L.)

Nutrient (P. K. Ca and Mg) contents of leaves prior to senescence, nutrient return in leaf litterfall, and nutrient lcaching in throughfall were measured during October and November in a beech forest experimental plot in the Montseny Mountains (NE Spain). Only K was leached in significant amounts. Rctranslocation of P and K amounted to 46% and 13%. respectively. of the foliar nutrient contents before senescence. Calcium accumulated in the leaves during this period. while Mg showed no net retranslocation or accumulation. Retranslocated P can supply a large fraction of the annual P requirements of the trees. and contributes to keep a tight P cycle. However. the percentagc of P retranslocated in this forest lies in the lower range of literature values for forest ecosystems.Es mesuraren les mineralomasses foliars de P, K, Ca i Mg abans de la senescencia i el retorn de nutrients per la caiguda de fulles i per la lixiviació en el trascol durant octubre i novembre en una parcel4a experimental de la fageda de Santa Fe (Montseny, Barcelona). Només el K es lixivia en quantitats significatives. El retranslocament de P i K representi, respectivament, el 46% i el 13% de la mineralomassa foliar abans de la senescbncia. Les fulles acumularen Ca durant aquest període. mentre que el Mg no manifesta retranslocament ni acumulació nets. La quantitat de P retranslocada (1.4 kg ha-') pot subministrar una part important dels requeriments anuals de P del faig, i contribueix a mantenir un cicle tancat de P. No obstant, el percentatge de P retranslocat en aquest bosc es dels més baixos dels trobats a la bibliografia sobre ecosistemes forestals

Extinction and colonisation of habitat specialists drive plant species replacement along a Mediterranean grassland-forest succession

Questions: land-use change causes shifts in species richness, which can be delayed. However, beta-diversity patterns and especially the relative role of species replacement and nestedness in these situations with time-lagged extinctions and colonisations remain unknown. We aim to (a) quantify beta-diversity change, species replacement and nestedness for vascular plants along a grassland-forest succession with time-lagged biodiversity change for more than 50 years; (b) check its consistency between all species, grassland specialists and forest specialists, and (c) identify the role of forest encroachment relative to other drivers. - Study site: Prades Mountains, Catalonia (NE Iberian Peninsula). - Methods: we sampled 18 sites representing a gradient in past and current grassland area and connectivity, and in forest encroachment intensity, to obtain plant composition of all species, grassland specialists and forest specialists. We quantified overall beta-diversity and its components at each species classification group along the forest encroachment gradient and other drivers. Then, we used general linear models to study (a) the change rate of beta diversity along the forest encroachment gradient and (b) the relative importance of the drivers in explaining beta diversity. - Results: following the forest encroachment gradient, we found an overall noticeable species replacement, while nestedness was the main component for habitat specialists. Landscape differences contributed to explaining most compositional differences (both nestedness and replacement), while soil characteristics and geographic distance had a more restricted contribution. - Conclusions: species replacement due to environmental sorting occurred over the succession, triggered by selective extinctions of grassland specialists and selective colonisations of forest specialists. Nonetheless, historical landscape characteristics, current landscape characteristics and geographic distance modulate plant extinctions and colonisations, suggesting biological inertia, mass effects and habitat isolation, respectively. Partitioning beta-diversity into nestedness and replacement components and exploring the extinction and colonisation patterns of habitat specialist groups might provide relevant insight into the drivers and processes of community shift after land-use change

Riquesa d'espècies i interès per a la conservació dels ocells a l'àrea metropolitana de Barcelona : relacions amb la xarxa actual d'espais protegits

En aquest treball s'analitza la distribució espacial de la riquesa d'espècies d'ocells i la seva relació amb diverses variables territorials i amb la distribució dels espais del Pla d'Espais d'Interès Natural de Catalunya (PEIN) en tres conjunts d'espècies amb un interès de conservació contrastat: (1) el total d'espècies; (2) les que tenen un estatus de conservació desfavorable a Europa (categories 2 i 3 de la classificació SPEC [Species of European Conservation Concern; Tucker & Heath, 1994]; és a dir, SPEC 2+3); i (3) les incloses a l'Annex I de la Directiva del Consell 79/409/EEC per a la conservació de les aus silvestres (Directiva Ocells). L'estudi es va dur a terme al Vallès Oriental i àrees limítrofes. La riquesa d'espècies d'ocells es va obtenir d'un mostreig de camp previ, realitzat durant vuit anys separadament per a les espècies nidificants (primavera) i hivernants (hivern), i prenent com a unitat d'estudi les quadrícules UTM d'1 km × 1 km. La relació entre els diversos grups d'ocells i entre aquests i les variables territorials més significatives es va dur a terme mitjançant correlacions de Pearson. També es van comparar els valors de riquesa d'espècies dels grups estudiats i de les variables territorials seleccionades dins i fora dels espais del PEIN sobre una mostra aleatòria de les quadrícules. La riquesa total i el nombre d'espècies SPEC 2+3 són significativament més alts fora dels espais del PEIN, i es concentren en els mosaics agroforestals del Moianès i Osona per a les nidificants, i a la plana del Vallès per a les hivernants. Tots aquests grups d'espècies presenten correlacions positives i significatives amb la proporció de conreus i la diversitat de cobertes del sòl. La riquesa d'SPEC 2+3 mostra, a més, unes correlacions moderadament altes amb la riquesa total d'ocells. Contràriament, la riquesa d'espècies incloses a la Directiva Ocells segueix patrons de distribució diferents, amb alguns hot spots locals dins del Parc Natural del Montseny, i com a conseqüència, les correlacions amb la riquesa total i SPEC 2+3 són discretes. L'estudi posa de manifest un panorama de conservació complex al Vallès Oriental, amb uns espais protegits que afavoreixen la conservació d'algunes espècies de la Directiva Ocells i uns espais agroforestals molt rics en espècies, però no protegits per cap figura especial. També cal destacar la necessitat de potenciar i conservar els hàbitats oberts resultants d'un aprofitament agroramader extensiu,tant dins com fora dels espais protegits