Tropical forest above‐ground productivity is maintained by nutrients cycled in litter
Résumé
Abstract Tropical forest productivity represents an important global carbon sink, but many tropical forests grow on infertile soils. Efficient nutrient cycling by litterfall has long been assumed to maintain tropical tree growth, but there is no direct evidence that the nutrients cycled in litterfall are essential for tropical forest productivity. To test whether nutrient cycling by litterfall maintains tropical forest above‐ground productivity, we established large‐scale long‐term litter removal (L−) and litter addition (L+) treatments in a mature lowland tropical forest. We hypothesised that the removal of nutrients in litter would reduce tree growth, survival and litter production in L− plots. By contrast, the addition of nutrients in litter would enhance tree growth, survival and litter production in L+ plots. To test our hypotheses, we recorded tree growth and survival every 2 years, and measured litterfall monthly during 17 years of treatments. Tree growth and litterfall declined over time in L− plots, with consistently lower growth rates compared to controls after 8 years, and lower litter production after 4 years of treatments. By contrast, although litterfall was higher in the L+ plots relative to the controls, there was only a minor transient increase in tree growth immediately after the start of treatments. Tree survival declined over time in all treatments but was not affected by litter manipulation. The long‐term decline in tree growth and litterfall in the L− plots provides the first empirical evidence that nutrient cycling by litterfall plays a key role in maintaining above‐ground productivity in this tropical forest. By contrast, the transient increase in growth in the L+ plots can be attributed to the large inputs of nutrients with the addition of the entire litter standing crop at the start of treatments. The addition of nutrients in litter over the long term was nonetheless sufficient to enhance litter production, possibly by accelerating leaf turnover. Synthesis : Efficient nutrient cycling by litterfall makes an important contribution to the annual nutrient requirements of mature tropical forest trees, compensating for infertile soils. Disturbances that disrupt this finely balanced cycle could therefore reduce biomass carbon sequestration in tropical forests.
Resumen La productividad primaria de los bosques tropicales representa un importante sumidero global de carbono, a pesar de que muchos de estos bosques crecen sobre suelos infértiles. Por mucho tiempo se ha asumido que el crecimiento de los árboles en estos bosques está sostenido por un eficiente reciclaje de nutrientes proveniente de la hojarasca, pero no hay evidencia directa de que los nutrientes reciclados en la hojarasca sean esenciales para la productividad de los bosques tropicales. Para probar si el reciclaje de nutrientes de la hojarasca sostiene la productividad epigea de los bosques tropicales, establecimos tratamientos a largo plazo de remoción (L−) y adición (L+) de hojarasca en un bosque maduro tropical de bajura. Hipotetizamos que la remoción de los nutrientes contenidos en la hojarasca reduciría el crecimiento, la supervivencia, y la producción de hojarasca de los árboles en parcelas de L‐. Al contrario, hipotetizamos que la adición de nutrientes en hojarasca aumentaría el crecimiento, la supervivencia, y la producción de hojarasca de los árboles en parcelas de L+. Para probar nuestra hipótesis, registramos el crecimiento y la supervivencia de los árboles cada dos años, y medimos hojarasca mensualmente durante 17 años de tratamientos. El crecimiento de los árboles y la producción de hojarasca disminuyó con el tiempo en parcelas de L‐, con tasas de crecimiento consistentemente menores que en los controles después de ocho años, y una menor producción de hojarasca después de cuatro años de tratamientos. En contraste, aunque la producción de hojarasca fue mayor en parcelas de L+ comparada con los controles, solo hubo un aumento transitorio en el crecimiento de los árboles inmediatamente después del inicio de los tratamientos. La supervivencia de los árboles disminuyó con el tiempo en todos los tratamientos, pero no fue afectada por la manipulación de hojarasca. El declive a largo plazo observado en el crecimiento de los árboles y la producción de hojarasca en las parcelas de L‐ brinda una primera evidencia empírica de que el reciclaje de nutrientes en la hojarasca juega un papel clave para sostener la productividad epigea de este bosque tropical. En contraste, el aumento transitorio en el crecimiento de los árboles en las parcelas de L+ se puede atribuir a la gran entrada de nutrientes que representa la adición del mantillo entero al inicio de los tratamientos. La adición de nutrientes en la hojarasca a largo plazo fue sin embargo suficiente para aumentar la producción de hojarasca, posiblemente a través de un aumento en la tasa de recambio de las hojas. Síntesis : El reciclaje eficiente de nutrientes a través de la hojarasca contribuye significativamente a los requerimientos anuales de nutrientes de los árboles en bosque maduro tropical, compensando la infertilidad del suelo. Por lo tanto, perturbaciones a este delicado ciclo podrían reducir el secuestro de carbono en la biomasa de los bosques tropicales.
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