Does input of rich litter facilitate tree growth? Growth and climate growth response of oak (Quercus robur) growing in the neighborhood of black cherry (Prunus serotina) Josephine Haas, Ute Sass Klaassen, Linar Akhmetzyanov & Jan den Ouden Forest Ecology and Management group Wageningen University and Research Does input of rich litter facilitate tree growth? Growth and climate growth response of oak (Quercus robur) growing in the neighborhood of black cherry (Prunus serotina) Josephine Haas, Ute Sass Klaassen, Linar Akhmetzyanov & Jan den Ouden Forest Ecology and Management group Wageningen University and Research October 2020 This report was written as part of the project Correlatief onderzoek Rijk-strooiselsoorten in Natuurgericht Bosbeheer-Fase 2, financed by the province of Noord Brabant, and coordinated by Bosgroep Zuid Nederland. Acquisition, duplication and transmission of this publication is permitted with clear acknowledgement of the source. License code CC-BY 4.0. The pdf file is free of charge and can be downloaded at https://doi.org/10.18174/533278 To be cited as: Haas, J., U. Sass-Klaassen, L. Akhmetzyanov & J. den Ouden, 2020. Does input of rich litter facilitate tree growth? Growth and climate growth response of oak (Quercus robur) growing in the neighborhood of black cherry (Prunus serotina). Report Wageningen University, Forest Ecology and Management Group, Wageningen. Summary Atmospheric nitrogen deposition and former land use have led to widespread acidification of forest soils and disturbed nutrient balances, which has been linked to reduced forest vitality and tree growth. The admixture of rich-litter tree species in forests dominated by poor-litter species that further accelerate soil acidification may alleviate the impact of soil acidification on poor sandy soils. Admixture of litter with high base cation content has a positive impact on topsoil pH, as well as base saturation and may potentially affect growth and vitality of trees. To date, the effect of introducing rich-litter species on the long-term growth of co-occurring tree species has not been systematically studied. In this study, we aimed to evaluate the effect of the rich-litter species Prunus serotina on the growth of the poor-litter tree species Quercus robur by means of dendrochronology. We hypothesized that the presence of Prunus will – through soil amelioration - positively affect both the growth and the drought susceptibility of Quercus. We investigated the growth of co- occurring Quercus and Prunus trees in six forest sites with sandy, poor soils in the Netherlands and Germany. We compared tree-ring patterns of oaks growing next to cherry trees (influenced), oaks growing next to other oaks (uninfluenced) and the cherry trees. Tree-ring widths were analyzed on (a) average annual growth variation and basal area increment; (b) the climate sensitivity of the annual growth; (c) the growth response to selected drought years; and (d) the tree-individual growth variation. For most analyses, influenced and uninfluenced oaks showed little differences. Individual growth variation between oaks did show a division between influenced and uninfluenced trees in some sites. However, this division seemed to be linked to spatial separation rather than rich- litter effects. Overall, this study indicated that there is no clear evidence for a facilitating effect of prunus on the growth of oak. It is likely that the studied sites were too poor to capture an effect of the improved soil conditions on the growth of oak, or that competition for water may have overruled any direct soil effect by prunus. We conclude that this study did not provide evidence the rich litter species Prunus serotina does positively affect the growth of Quercus robur on the studied acidic poor sandy soils. Samenvatting Atmosferische stikstofdepositie en voormalig landgebruik hebben geleid tot een sterke verzuring van bosbodems en verstoorde nutriëntenbalansen, wat in verband wordt gebracht met een verminderde vitaliteit en groei van bomen. Bovendien worden de bossen gedomineerd door boomsoorten met slecht verteerbaar strooisel, waardoor de verzuring van de bodem verder versnelt. Om de impact van bodemverzuring op arme zandgronden te verzachten wordt nu gewerkt aan het (her)introduceren van boomsoorten met goed verteerbaar strooisel in bossen. Bijmenging van strooisel met een hoog gehalte aan basische kationen (met name calcium, kalium, magnesium) heeft een positieve invloed op de pH van de bovengrond, evenals op de base-verzadiging en kan mogelijk de groei en vitaliteit van bomen positief beïnvloeden. Tot op heden is het effect van het introduceren van rijk- strooiselsoorten op de groei van bomen nauwelijks bestudeerd. In deze studie is het effect bestudeerd van de aanwezigheid van de rijk-strooiselsoort Amerikaanse vogelkers (Prunus serotina) op de groei van de zomereik (Quercus robur) met behulp van jaarringanalyse. Onze hypothese was dat de aanwezigheid van Prunus - door bodemverbetering - zowel de groei als de droogtegevoeligheid van Quercus positief zal beïnvloeden. We onderzochten de groei van naast elkaar voorkomende Quercus en Prunus bomen in zes bosgebieden op arme droge zandgronden in Nederland en Duitsland. We vergeleken de jaarringpatronen van eiken die naast vogelkersen groeiden (‘beïnvloed’) met die van eiken die te midden van andere eiken groeiden (‘niet beïnvloed’) en met die van de vogelkersen. Jaarringbreedtes werden geanalyseerd op (a) de gemiddelde jaarlijkse groeivariatie en grondvlakbijgroei; (b) de klimaatgevoeligheid van de jaarlijkse groei; (c) de groeirespons op geselecteerde droogtejaren; en (d) de patronen in groeivariatie in individuele bomen. De meeste analyses toonden aan dat er weinig verschillen zijn in groei tussen beïnvloede en niet-beïnvloede eiken. Op sommige locaties werd wel een verschil gevonden in de jaarlijkse fluctuaties in jaarringbreedtes tussen individuele beïnvloede en niet-beïnvloede eiken, maar dit leek eerder verband te houden met de ruimtelijke scheiding tussen de twee groepen op de betreffende locaties dan met rijk-strooiseleffecten. Over het algemeen geeft deze studie aan dat er geen duidelijk bewijs is voor een faciliterend effect van vogelkers op de groei van eiken. Mogelijk waren de bestudeerde locaties te arm om een effect van de verbeterde bodemgesteldheid op de groei van eiken te veroorzaken ef was vogelkers te kort aanwezig om een duidelijke invloed te hebben op de standplaatskwaliteit. Het is ook mogelijk dat mogelijk positieve effecten van bijmenging met vogelkers werden gemaskeerd door negatieve effecten als gevolg van concurrentie om water. We concluderen dat deze studie geen bewijs leverde dat de rijk-strooiselsoort Prunus serotina een positieve invloed heeft op de groei van Quercus robur op de bestudeerde zure arme zandgronden. Preface and acknowledgements This report is the result of the work of many. The basis of this report was prepared by the lead author, Josephine Haas, and was presented as her MSc thesis at Wageningen University. The data were further collected and processed by an additional number of students as part of their BSc theses: Lars Feldmann, Bart Visser, Johanneke Methorst and Lennart Bakker. The field and lab work, and the data analysis, were done under the supervision of Jan den Ouden, Ute Sass-Kaassen and Linar Akhmetzyanov. Their contribution to this project covered the period 2017-2020 and was part of their regular work activities. The authors would also like to thank Ellen Wilderink for her assistance in the lab, and Alan Buras for his statistical advice and preparation of the necessary R-codes. Finally, we thank Bosgroep Zuid Nederland for their support and the coordination of the umbrella project ‘Correlatief onderzoek Rijk-strooiselsoorten in Natuurgericht Bosbeheer’, and the province of Noord Brabant for financing. Table of contents 1 | INTRODUCTION .............................................................................................................. 1 1.1 | Nitrogen deposition and soil acidification .................................................................... 1 1.2 | Rich litter as soil restoration measure......................................................................... 2 1.3 | Study objective and hypotheses ................................................................................. 3 2 | METHODS ....................................................................................................................... 4 2.1 | Study species and sample locations .......................................................................... 4 2.2 | Field sampling ............................................................................................................ 5 2.3 | Dendrochronological analyses ................................................................................... 6 2.4 | Computing growth response ...................................................................................... 7 2.5 | Climate growth-response ........................................................................................... 8 2.5.1 | Correlations with climatic variables ...................................................................... 8 2.5.2 | Growth response to drought years ....................................................................... 9 2.6 | Individual tree approach ............................................................................................10 3 | RESULTS ........................................................................................................................11