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Precipitation chemistry in deciduous and evergreen Nothofagus forests of southern Chile under a low-deposition climate

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Abstract:

The chemistry of rainfall and its redistribution were studied during the periods July 1997–December 1998 in a Nothofagus pumilio (summergreen) forest and in April 1999–March 2000 in a Nothofagus betuloides (evergreen) forest in two experimental microcatchments, located in the Puyehue National Park, southern Chile (41 °S). Annual precipitation varied from 5406 to 6559 mm during the studied periods, with about 68-80% as rain and 3220% as snowfall. The average pH of bulk precipitation was 5.7. In the N. pumilio forest, the pH of throughfall, stemflow and effective precipitation was 5.7. In the infiltrating water it increased to 5.9 and in the runoff to 7.0. In the N. betuloides forest, the pH value of the precipitation was 6.1 and showed a slight increase in throughfall and soil water to 6.2 and in runoff to 6.5. NO3-N concentrations increased inside of both forests, especially in stemflow, suggesting biological N fixation in the canopy due to the presence of epiphytic lichens of the genera Peltigera, Pseudocyphellaria and Sticta living on the trunks, but decreased in the runoff. NH4-N concentrations decreased in all compartments inside the forests, especially in runoff water, compared with bulk precipitation. Concentrations of K+, Na+, Ca2+ and Mg2+ were higher in throughfall, stemflow and soil solution than in the bulk precipitation. The runoff water both of the N. pumilio and the N. betuloides forest was enriched with cations, especially with Ca2+ and Mg2+, indicating active weathering processes. The input of inorganic nitrogen (NO3-N + NH4-N) via precipitation amounted 3.3 kg ha—1yr—1 in the studied area, suggesting some anthropogenic contribution from the agricultural activities in the Central Valley and pointing at high levels of rainfall in the Cordillera de los Andes of southern Chile. The water chemistry data are compared with corresponding data from European and North American forests with a particular emphasis on nitrogen deposition.

Untersucht wurden die chemische Zusammensetzung des Niederschlags und seiner Verteilungskomponenten in einem sommergrünen Nothofagus pumilio-Wald von Juli 1997 bis Dezember 1998, sowie in einem immergrünen Nothofagus betuloides -Wald von April 1999 bis März 2000. Untersuchungsorte waren zwei Microeinzugsgebiete im Nationalpark Puyehue, Südchile (41° s. Br.). Der gesamte Jahresniederschlag variierte von 5406 mm bis 6559 mm, davon fielen 68-80 % als Regen und 20–32 % als Schnee. Das pH des Gesamtniederschlags betrug 5,7. Im N. pumilio-Wald betrug das pH des durchfallenden Niederschlages + Kronentaufe und Stammabfluss und effektivem Niederschlag 5,7. Im Sickerabfluss stieg er auf 5,9, im Oberflächennahen Abfluss auf 7,0. Im N. betuloides-Wald betrug das pH des Niederschlags 6,1, stieg im durchfallenden Niederschlag und Sickerabfluss leicht auf 6,2 und im oberflächennahen Abfluss auf 6,5. Die NO3-N-Konzentration nahm in beiden Waldtypen zu, besonders im Stammabfluss, möglicherweise aufgrund biogener Stickstoffixierung im Kronenbereich durch epiphytische Flechten der Gattungen Peltigera, Pseudocyphellaria und Sticta, nahm aber im Oberflachenahen Abfluss ab. Die NH4-N-Konzentrationen nahmen im Vergleich zum Gesamtniederschlag in allen Kompartimenten ab, besonders im letzteren. Die Konzentrationen von K+, Na+, Ca2+ und Mg2+ waren in durchfallendem Niederschlag + Kronentaufe, Stammabfluss und Sickerabfluss höher als im Gesamtniederschlag. Der Oberflächennahe Abfluss war in beiden Waldtypen mit Kationen angerreichert, besonders mit Ca2+ und Mg2+, was aktive Verwitterungsprozesse anzeigt. Der Eintrag von anorganischem Stickstoff (NO3-N, NH4-N) durch Niederschlagswasser betrug 3,3 kg ha—1 a—1, vermutlich durch anthropogene Immissionen, verursacht durch die Landwirtschaft in der zentralen Depression, und die hohen Niederschläge in der südchilenischen Andenkordillere. Die Wasseranalysen werden im Hinblick auf den Stickstoffeintrag mit europäischen und nordamerikanischen Wäldern verglichen.

Keywords: Nothofagus forest; Water chemistry; southern Chile; temperate rainforest

Document Type: Original Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1078/1439-1791-00037

Affiliations: 1: Instituto de Botánica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile 2: Instituto de Geociencias, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile 3: Instituto de Silvicultura, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile

Publication date: March 1, 2001

urban/401/2001/00000002/00000001/art00037
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