Determinantes locales del desempeño y la distribución espacial de estrategias funcionales en plantas de un bosque seco colombiano
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2021-05-12
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas
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Descripción
Las condiciones ambientales son determinantes del ensamblaje y la coexistencia de las especies en las comunidades de plantas debido a que actúan como filtros ecológicos que imponen restricciones sobre su establecimiento y desempeño. Entre ellas, los cambios en la disponibilidad de agua y la variabilidad en los recursos de los suelos rigen no solo los espacios ecológicos que pueden ser ocupados por las especies a través de la selección de rasgos particulares a una condición ambiental, sino también el funcionamiento del ecosistema (e.g., dinámica de la biomasa) a través de los efectos de los rasgos funcionales sobre el desempeño de las especies y su productividad primaria. A escala regional, el clima y la fertilidad han demostrado generar cambios sustanciales en las comunidades de plantas, pero a escala local factores como la topografía pueden tener un rol importante en las condiciones micro ambientales que también influyen en la composición funcional de las comunidades de plantas y la forma en que estas generan efectos dentro del ecosistema.
En esta investigación se analizaron datos temporales y espaciales de plantas y recursos del suelo (agua y nutrientes) de tres parcelas permanentes de 1 ha localizadas en un bosque seco tropical colombiano para explorar cómo la topografía puede ejercer cambios en las condiciones del suelo y cómo estos cambios influyen en los rasgos funcionales de plantas y la dinámica de la biomasa a nivel comunitario y a nivel de especies. Dos objetivos principales fueron abordados a lo largo del presente documento: (a) evaluar cambios en los recursos del suelo (contenido de agua y nutrientes) en tres parcelas permanentes de 1 ha con rugosidad topográfica contrastante (plana, ondulada y colinada), y sus efectos sobre la composición funcional de plantas y cambios demográficos de la biomasa arbórea a nivel comunitario; (b) evaluar cómo las variaciones espaciales locales en los recursos del suelo (contenido de agua y nutrientes), y los rasgos funcionales influyen en la variación espacial de la biomasa en pie de las especies, así como sus cambios demográficos (sobrevivencia, reclutamiento, mortalidad y cambios netos de biomasa).
Cambios en el contenido de agua y nutrientes del suelo y la composición funcional de las comunidades estuvieron asociados con diferencias en la rugosidad de la topografía. El contenido de agua en el suelo disminuyó de sitios planos hacia colinados mientras que los nutrientes del suelo aumentaron posiblemente porque el bajo contenido de agua en el suelo de sitios colinados disminuye la lixiviación aumentando la concentración de nutrientes a diferencia de sitios planos. Esto condujo a una mayor dominancia de especies conservadoras con tejidos densos en sitios planos por la limitación de nutrientes y en sitios colinados por escasez de agua en el suelo. El contenido de agua y los nutrientes del suelo tuvieron valores intermedios en sitios ondulados lo cual condujo a una mayor dominancia de especies adquisitivas. Pese a estas diferencias, los cambios demográficos de la biomasa a nivel comunitario no difirieron entre parcelas sugiriendo que los efectos de cada especie no pueden ser inferidos a nivel comunitario. De esta manera, a escalas locales la topografía genera cambios en el agua y los nutrientes del suelo modificando la configuración funcional de las plantas.
La variación espacial de recursos del suelo y rasgos funcionales tuvo efectos coordinados sobre la biomasa en pie. La mayor biomasa en pie se concentró en sitios con bajo contenido de agua y altos nutrientes en el suelo donde se asociaron especies conservadoras posiblemente porque sus tejidos densos evitan la cavitación y rotura del tallo aumentando la acumulación de biomasa. La mayor parte de la biomasa restante estuvo concentrada a sitios con alto contenido de agua y bajos nutrientes donde se asociaron especies adquisitivas posiblemente porque allí son más competitivas para suplir sus tasas de recambio rápidas. Sin embargo, la sobrevivencia, mortalidad y cambios netos de biomasa incrementaron en sitios con bajo contenido de agua en el suelo y alta concentración de nutrientes del suelo donde hubo una mayor biomasa en pie. Así, la variación espacial de recursos del suelo y rasgos funcionales determinan la distribución de la biomasa en pie, pero sitios con bajo contenido de agua en el suelo, altos nutrientes y especies conservadoras promueven un mayor almacenamiento y dinámica de la biomasa en el bosque seco.
Resumen
Environmental conditions are determinants of the assembly and coexistence of species in plant communities because they act as ecological filters that impose restrictions on their establishment and performance. Changes in water availability and variability in soil resources govern ecological spaces that can be occupied by species through the selection of particular traits. Moreover, they influence the functioning of the ecosystem (e.g. biomass dynamics) through the effects of functional traits on the performance of species and their primary productivity. On a regional scale, climate and soil fertility have been shown to generate substantial changes in plant communities, but at a local scale factors such as topography can play an important role in microenvironmental conditions that also influence the functional composition of plant communities and the way in which they generate effects on the ecosystem.
In this research temporal and spatial data of plants and soil resources (water and nutrients) were analyzed from three permanent 1-ha plots located in a Colombian tropical dry forest to explore how topography can exert changes in soil conditions and how these changes influence plant functional traits and biomass dynamics at the community and species level. Two main objectives were addressed: (a) to evaluate changes in soil resources (water and nutrient content) in three 1-ha permanent plots with contrasting topographic roughness (flat, wavy and hilly), and their effects on the functional composition of plants and demographic changes of tree biomass at the community level; (b) to evaluate how local spatial variations in soil resources (water content and nutrients) and functional traits influence the spatial variation of the standing biomass of the species, as well as their demographic changes (survival, recruitment, mortality and net changes in biomass).
Changes in soil water content and nutrients and functional composition of plant communities were associated with differences in the topographic roughness. Soil water content decreased from flat to hilly sites while soil nutrients increased possibly because the low soil water content of hilly sites decreases leaching and increases the concentration of nutrients. This led to a higher dominance of conservative species with dense tissues in flat sites due to nutrients limitation and in hilly sites due to soil water scarcity. The water content and nutrients of the soil had intermediate values in undulated sites which led to a greater dominance of acquisitive species. Despite these differences, the demographic changes of biomass at the community level did not differ between plots, suggesting that the effects of each species may not be differentiated at the community level. In this way, at local scales the topography generates changes in soil water and nutrients modifying plant functional configuration.
The spatial variation of soil resources and functional traits had coordinated effects on standing biomass. The highest standing biomass was concentrated in sites with low soil water content and high soil nutrients where conservative species dominated, possibly because their dense tissues avoid cavitation and stem breakage, increasing biomass accumulation. Most of the remaining biomass was concentrated in sites with high soil water content and low soil nutrients where acquisitive species were associated, possibly because in these sites there are more competitive in supplying their rapid turnover rates. However, survival, mortality and net biomass changes increased in sites with low soil water content and high concentration of soil nutrients where there was a higher standing biomass. Thus, the spatial variation of soil resources and functional traits determine the distribution of standing biomass, but sites with low soil water content, high soil nutrients and conservative species promote greater storage and dynamics of biomass in the dry forest.
Palabras clave
Biomasa en pie, Composición funcional, Productividad primaria neta, Contenido de agua en el suelo, Nutrientes del suelo, Dinámica de biomasa