Small-scale early effects of thinning on the topsoil in Scots Pine-Pyrenean Oak mixed stands approached through new computational tools

Abstract

Mixed pine-oak forests have emerged as a significant component of the forest landscape in Spain. Despite their wide distribution and ecological and socioeconomic value, there is no specific silvicultural approach for these ecosystems. This study investigates the effects of cutting and species mixing on surface soil properties in these mixed Scots pine (Pinus sylvestris L.) and oak (Quercus pyrenaica Willd.) forests in northwestern Spain on a short-term, small-scale basis. For this purpose, an experimental design was established with three types of treatments: control without thinning, moderate felling (25% of the basal area) and intense felling (50% of the basal area). Data collection was carried out in 36 plots of 10x10 m, groupedinto three rectangular areas of 50x40 m, corresponding to each treatment. Samples of the first 5 cm of soil were analysed one year after the treatments to evaluate their physical and chemical properties, collecting data on bulk density, porosity, available water, pH, electrical conductivity, readily oxidisable carbon, available phosphorus, cation exchange capacity, total organic carbon, total nitrogen and exchangeable cations. For the data analysis, one-way analysis of variance was used as usual, together with new computational tools using mixed models to identify and quantify the effects of thinning and investigate their interaction with the level of tree species mix. These new techniques made it possible to examine the complex relationships between forest characteristics and soil variables. This study contributes to the development of sustainable forest management strategies against climate change impacts in mixed pine-oak forests, which have high ecological and socio-economic value in Spain, providing valuable information on the short-term response of soils to forest management practices in this type of system. The results of this study are particularly important given that species such as Quercus pyrenaica are highly sensitive to climate change and that the Pinus - Quercus mixture may be a suitable afforestation strategy to partially compensate for productivity losses and improve their adaptability.

Los bosques mixtos de pino y roble han emergido como un componente significativo del paisaje forestal en España. A pesar de su amplia distribución y valor ecológico y socioeconómico, no existe un enfoque silvicultural específico para estos ecosistemas. Este estudio investiga los efectos de las cortas y la mezcla de especies en las propiedades del suelo superficial en estos bosques mixtos de pino silvestre (Pinus sylvestris L.) y roble melojo (Quercus pyrenaica Willd.) en el noroeste de España a corto plazo y a pequeña escala. Para ello, se estableció un diseño experimental con tres tipos de tratamientos: control sin corta, corta moderada (25% del área basimétrica) y corta intensa (50% del área basimétrica). La toma de datos se realizó en 36 parcelas de 10x10 m, divididas en tres áreas rectangulares de 50x40 m, correspondientes a cada tratamiento. Se analizaron muestras de los primeros 5 cm de suelo un año después de los tratamientos para evaluar sus propiedades físicas y químicas, recogiendo datos de densidad aparente, porosidad, agua disponible, pH, conductividad eléctrica, carbono fácilmente oxidable, fósforo disponible, capacidad de intercambio catiónico, carbono orgánico total, nitrógeno total y cationes intercambiables. Para el análisis de los datos, se utilizaron se utilizaron análisis de la varianza de una vía, tal como se hace habitualmente, junto con nuevas herramientas computacionales que utilizan modelos mixtos para identificar y cuantificarlos efectos del aclareo e investigar su interacción con el nivel de mezcla de especies arbóreas. Estas nuevas técnicas permitieron examinar las complejas relaciones entre las características del bosque y las variables edáficas. Este estudio contribuye al desarrollo de estrategias de gestión forestal sostenible ante el cambio climático, en bosques mixtos de pino-roble de alto valor ecológico y socioeconómico España, proporcionando información valiosa sobre la respuesta a corto plazo de los suelos a las prácticas de gestión forestal en este tipo de sistemas. Los resultados de este estudio son particularmente importantes dado que especies como Quercus pyrenaica son altamente sensibles al cambio climático, y la mezcla de Pinus - Quercus puede ser una estrategia de forestación adecuada para compensar parcialmente las pérdidas de productividad y mejorar su adaptabilidad.