Published

2016-01-01

Precipitation effects on soil characteristics in tropical rain forests of the Chocó biogeographical region

Efectos de la precipitación sobre las características del suelo en bosques lluviosos tropicales de la región del Chocó biogeográfico

Keywords:

lixiviation, nutrient limitation, tropical rainforest, Ultisol (en)
Lixiviación, Limitación de nutrientes, Bosques tropicales, Ultisoles (es)

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Authors

  • Harley Quinto Mosquera Universidad Tecnológica del Chocó Diego Luis Córdoba
  • Flavio Moreno Hurtado Universidad Nacional de Colombia
Average annual precipitation (AAP) is one of the principal environmental factors that regulates processes in terrestrial ecosystems. The effect of AAP on the availability of edaphic nutrients is poorly understood, especially in tropical zones with high rainfall. In order to evaluate the effects of high AAP on the availability of soil N, P, and K, physicochemical parameters were measured in soils of three tropical rainforests in the Chocó biogeographical region with different AAPs (7,500, 8,000, and 10,000 mm yr-1). Furthermore, a bibliographical review was carried out that including studies for distinct tropical Ultisols and AAP ranging from 1,800 to 10,000 mm yr-1. The evaluated soils presented extreme acidity with high contents of Al, organic matter (OM) and total N, and low quantities of P, Mg, and Ca. The K concentrations were intermediate and the effective cation exchange capacity (ECEC) was low. On the other hand, in the evaluation of the influence of the AAP on the availability of N, P, and K in the soil, contrasting tendencies were observed. On one side, a positive curvilinear relationship was found between the availability of N and the increase in the AAP. On the other side, the available P content significantly decreased with increasing AAP. In conclusion, the excessive AAP resulted in increases in total N and low availability of P, thereby altering the dynamics of the nutrients and the carbon balance of the tropical forest
La precipitación promedio anual (PPA) es uno de los principales factores ambientales que regula el funcionamiento de los ecosistemas terrestres. El efecto del incremento de la PPA sobre la disponibilidad de los nutrientes edáficos es aun pobremente comprendido, principalmente en zonas tropicales de alta pluviosidad. Para evaluar la influencia de la alta PPA sobre la disponibilidad de N, P y K en el suelo, se midieron parámetros fisicoquímicos del suelo en tres bosques lluviosos tropicales de la región del Chocó biogeográfico con diferente PPA (7.500, 8.000 y 10.000 mm año-1). Además, se realizó una revisión bibliográfica que incluyó datos de distintos Ultisoles tropicales en sitios con PPA entre 1.800 y 10.000 mm año-1. Los suelos en el Chocó biogeográfico fueron extremadamente ácidos, con altos contenidos de Al, materia orgánica (MO) y N total, y cantidades bajas de P, Mg y Ca. Los valores de K fueron intermedios y la CICE fue baja. Por otra parte, al evaluar la influencia de la PPA sobre la disponibilidad de N, P y K del suelo, se observaron tendencias contrastantes. De un lado, se encontró una tendencia curvilínea positiva entre la disponibilidad de N y el aumento en PPA. Por otro lado, el contenido de P disponible disminuyó significativamente con el incremento en PPA, mientras que el contenido de K edáfico no presentó una relación significativa con PPA. En conclusión, la PPA excesiva ocasionó incrementos en N total y baja disponibilidad de P, lo cual se altera la dinámica de nutrientes y el balance de carbono de los bosques húmedos tropicales.

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References

Alvarez-Clare S. and M.C. Mack. 2011. Influence of precipitation on soil and foliar nutrients across nine Costa Rican forests. Biotropica 43(4): 433-441. doi: 10.1111/j.1744-7429.2010.00732.x.

Aragão, L.E.O., Y. Malhi, D.B. Metcalfe, J.E. Silva-Espejo, E. Jiménez, D. Navarrete, S. Almeida, A.C.L. Costa, N. Salinas, O.L. Phillips, L.O. Anderson, T.R. Baker, P.H. Goncalvez, J. Huamán-Ovalle, M. Mamani-Solórzano, P. Meir, A. Monteagudo, M.C. Peñuela, A. Prieto, C.A. Quesada, A. Rozas-Dávila, A. Rudas, J.A. Silva Junior, and R. Vásquez. 2009. Above- and below-ground net primary productivity across ten Amazonian forests on contrasting soils. Biogeosciences Discuss., 6(1): 2441-2488. doi: 10.5194/bgd-6-2441-2009.

Austin A.T., and P.M. Vitousek 1998. Nutrient dynamics on a precipitation gradient in Hawaii. Oecologia 113(4): 519-529. Doi: 10.1007/s004420050405.

Barreto, J.S., A.J Duque, D. Cárdenas, and F.H. Moreno. 2010. Variación florística de especies arbóreas a escala local en un bosque de tierra firme en la Amazonia colombiana. Acta Amazonica 40(1): 179-188. doi: 10.1590/s0044-59672010000100023.

Buol, S.W., F.D. Hole and R.J. McCracken. 1981. Génesis y Clasificación de Suelos. Primera edición. Editorial Trillas S.A., México D.F. México. 417 p.

Chapin III, F.S., P.A. Matson, and H.A. Mooney. 2002. Principles of terrestrial ecosystem ecology. Springer-Verlag, New York, United States of America. 436 p.

Cleveland, C.C.; A.R. Townsend, D.S. Schimel, H. Fisher, R.W. Howarth, L.O. Hedin, S.S. Perakis, E.F. Latty, J. C. Von Fischer, A. Elseroad, and M.F. Wasson. 1999. Global patterns of terrestrial biological nitrogen (N2) fixation in natural ecosystems. Global Biogeochem Cycles. 13(2): 623 - 645. doi: 10.1029/1999gb900014.

Cleveland, C.C., Townsend, A.R., and S.K. Schmidt. 2002. Phosphorus limitation of microbial processes in moist tropical forests: evidence from short-term laboratory incubations and field studies. Ecosystems 5(7): 0680-0691. doi: 10.1007/s10021-002-0202-9.

Elser, J.J., M.E.S. Bracken, E.E. Cleland, D.S. Gruner, W.S. Harpole, H. Hillebrand, J.T. Ngai, E.W. Seabloom, J.B. Shurin, and J.E. Smith. 2007. Global analysis of nitrogen and phosphorus limitation of primary producers in freshwater, marine and terrestrial ecosystems. Ecology Letters 10(12): 1135- 1142. doi: 10.1111/j.1461-0248.2007.01113.x.

García, F., Y. Ramos, J. Palacios, J.E. Arroyo, A. Mena, and M. González. 2003. SALERO Diversidad biológica de un bosque pluvial tropical (bp-T). Editorial Guadalupe Ltda, Bogotá, Colombia. 213 p.

Gardi, C., M. Angelini, S. Barceló, J. Comerma, C. Cruz, A. Encina, A. Jones, P. Krasilnikov, M.L. Mendonça, L. Montanarella, O. Muñiz, P. Schad, M.I. Vara, and R. Vargas (eds). 2014. Atlas de suelos de América Latina y el Caribe, Comisión Europea - Oficina de Publicaciones de la Unión Europea, L-2995 Luxembourg, 176 pp.

Hoshmand, A.R. 1998. Statistical methods for environmental and agricultural sciences. Second edition. CRC Press LLC, New York, United States of America. 439. p.

Jenny H. 1941. Factors of soil formation. McGraw-Hill, New York. 271 p.

John, R.; J.W. Dalling, K.E. Harms, J.B. Yavitt, R.F. Stallard, M. Mirabello, S.P. Hubbell, R. Valencia, H. Navarrete, M. Vallejo, and R.B. Foster. 2007. Soil nutrients influence spatial distributions of tropical tree species. Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS. 104 (3): 864 - 869. doi: 10.1073/pnas.0604666104.

Kaspari M, M.N. Garcia, K.E. Harms, M. Santana, S.J. Wright., and J.B. Yavitt. 2008. Multiple nutrients limit litterfall and decomposition in a tropical forest. Ecology Letters 11: 35-43. doi: 10.1111/j.1461-0248.2007.01124.x.

Laurance, S.G.W., W.F. Laurance, A. Andrade, P.M. Fearnside, K.E. Harms, A. Vicentini, and R.C.C. Luizão. 2010. Influence of soils and topography on Amazonian tree diversity: a landscape-scale study. Journal of Vegetation Science 21(1): 96-106. doi: 10.1111/j.1654-1103.2009.01122.x.

LeBauer, D.S. and K. Treseder. 2008. Nitrogen limitation of net primary productivity in terrestrial ecosystems is globally distributed. Ecology 89(2): 371-379. doi: 10.1890/06-2057.1.

Malagon D., C. Pulido, R.D. Llinas, C. Chamorro, y J. Fernández. 1995. Suelos de Colombia. Origen, Evolución, Clasificación, Distribución y uso. Instituto Geográfico Agustín Codazzi. Subdirección de Agrología, Santafe de Bogotá, Colombia. 632 p.

Malhi, Y., L.E.O.C. Aragão, D.B. Metcalfe, R. Paiva, C.A. Quesada, S. Almeida, L. Anderson, P. Brando, J.Q. Chambers, A.C.L. Da Costa, L.R. Hutyra, P. Oliveira, S. Patiño, E.H. Pyle, A.L. Robertson, And L.M. Teixeira. 2009. Comprehensive assessment of carbon productivity, allocation and storage in three Amazonian forests. Global Change Biology 15(5): 1255-1274. doi: 10.1111/j.1365-2486.2008.01780.x.

Melo, O. and R.Vargas. 2003. Evaluación Ecológica y Silvicultural de Ecosistemas Boscosos. Universidad del Tolima, CRQ, CARDER. CORPOCALDAS, CORTOLIMA. p. 235.

Osorio, N.W. 2014. Manejo de nutrientes en suelos del Trópico. Segunda edición. Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, Medellín, Colombia. p. 416.

Palmiotto, P.A., S.J. Davies, K.A. Vogt, M.S. Ashton, D.J. Vogt and P.S. Ashton. 2004. Soil-related habitat specialization in dipterocarp rain forest tree species in Borneo. Journal of Ecology. 92(4): 609 - 623. doi: 10.1111/j.0022-0477.2004.00894.x.

Paoli, G.D., L.M. Curran, and D.R. Zak. 2006. Soil nutrients and beta diversity in the Bornean Dipterocarpaceae: evidence for niche partitioning by tropical rain forest trees. Journal of Ecology 94(1): 157-170. doi: 10.1111/j.1365-2745.2005.01077.x.

Paoli, G.D. and L.M. Curran. 2007. Soil nutrients limit fine litter production and tree growth in mature lowland forest of Southwestern Borneo. Ecosystems 10(3): 503-518. doi: 10.1007/s10021-007-9042-y.

Peña, M.A., and A. Duque. 2013. Patterns of stocks of aboveground tree biomass, dynamics, and their determinants in secondary Andean forests. Forest Ecology and Management, 302(1): 54-61. doi: 10.1016/j.foreco.2013.03.025.

Posada J.M. and E.A.G. Schuur. 2011. Relationships among precipitation regime, nutrient availability, and carbon turnover in tropical rain forests. Oecologia 165(3): 783-795. doi: 10.1007/s00442-010-1881-0.

Poveda, I.C., C. Rojas, A. Rudas, and O. Rangel. 2004. El Chocó biogeográfico: Ambiente Físico. In Rangel, O. (ed.), Colombia diversidad biótica IV El Chocó biogeográfico/ Costa Pacífica. Instituto de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de Colombia, Santafe de Bogotá D.C. 1024 p.

Powers, J., S. Treseder, and M.T. Lerdau. 2005. Fine roots, arbuscular mycorrhizal hyphae and soil nutrients in four Neotropical rain forests: patterns across large geographic distances. New Phytologist. 165(3): 913-921. doi: 10.1111/j.1469-8137.2004.01279.x.

Poulsen, A.D., H. Tuomisto, and H. Balslev. 2006. Edaphic and floristic variation within a 1-ha plot of lowland amazonian rain forest1. Biotropica 38(4): 468-478. doi: 10.1111/j.1744-7429.2006.00168.x.

Ruiz - Murcia, J.F. 2010. Cambio climático en temperatura, precipitación y humedad relativa para colombia usando modelos meteorológicos de alta resolución (Panorama 2011-2100). Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM. Subdirección de Meteorología. Nota Técnica IDEAM-METEO/005-2010., Bogotá, D.C., mayo 2010. p. 91.

Ruokolainen, K., H. Tuomisto, M.J. Macía, M.A. Higgins, and M. Yli-Halla. 2007. Are floristic and edaphic patterns in Amazonian rain forests congruent for trees, pteridophytes and Melastomataceae?. Journal of Tropical Ecology 23(1): 13-25. doi: 10.1017/s0266467406003889.

Sadzawka R.A. and R.R. Campillo. 1993. Problemática de la acidez de los suelos de la IX Región. I. Génesis y características del proceso. Investigación y Progreso Agropecuario Carillanca. 12(3): 3-7.

Salisbury, F.B. and C.W. Ross. 1994. Fisiología Vegetal. Cuarta edición. Grupo Editorial Iberoamérica S.A., México. D.F. p. 759.

Santiago, L.S., E.A.G. Schuur, and K. Silvera. 2005. Nutrient cycling and plant-soil feedbacks along a precipitation gradient in lowland Panama. Journal of Tropical Ecology 21(4): 461-470. doi: 10.1017/s0266467405002464.

Schlesinger, W.H. 1997. Biogeochemistry: An analysis of global change. Second edition. Academic Press, San Diego, California. USA. 588 p.

Schuur, E.A. 2003. Productivity and global climate revisited: the sensitivity of tropical forest growth to precipitation. Ecology 84:1165-1170. doi: 10.1890/0012-9658(2003)084[1165:PAGCRT]2.0.CO;2

Schuur, E.A.G. 2001. The effect of water on decomposition dynamics in mesic to wet Hawaiian montane forests. Ecosystems, 4(3): 259-273. doi: 10.1007/s10021-001-0008-1.

Schuur, E.A. and P.A. Matson, 2001. Net primary productivity and nutrient cycling across a mesic to wet precipitation gradient in Hawaiian montane forest. Oecologia 128(3): 431-442. doi: 10.1007/s004420100671.

Statistical Graphics Corp. 2002. Statgraphics Plus Centurium Version 5.1. www.Statgraphics.Com. The R Project for Statistical Computing (www.r-project.org/)

Tripler, C.E., S.S. Kaushal, G.E. Likens, and M.T. Walter. 2006. Patterns in potassium dynamics in forest ecosystems. Ecology Letters 9(4): 451-466. doi: 10.1111/j.1461-0248.2006.00891.x.

Vitousek, P.; S. Porder, B.Z. Houlton and O.A. Chadwick. 2010. Terrestrial phosphorus limitation: mechanisms, implications, and nitrogen-phosphorus interactions. Ecological Applications. 20(1): 5-15. doi: 10.1890/08-0127.1.

Vitousek P.M. 1984. Litterfall, nutrient cycling, and nutrient limitation in tropical forests. Ecology 65(1): 285-298. doi: 10.2307/1939481.

Vitousek, P.M., and R.L. Sanford Jr. 1986. Nutrient cycling in moist tropical forest. Annual Review of Ecology and Systematics 17 (1): 137-167. doi: 10.1146/annurev.es.17.110186.001033.

West, R. 1957. Las tierras bajas del Pacífico colombiano. Instituto Colombiano de Antropología. Imprenta Nacional de Colombia, Bogotá, D.C. 300 p.

Wright, R., B. Lockaby, and M.R. Walbridge. 2001. Phosphorus availability in an artificially flooded southeastern floodplain forest soil. Soil Science Society of America Journal 65(4): 1293-1302. doi: 10.2136/sssaj2001.6541293x.