Logging impacts on forest structure and seedling dynamics in a Prioria copaifera (Fabaceae) dominated tropical rain forest (Talamanca, Costa Rica) / Impactos de la extracción en la estructura y la dinámica de plántulas en un bosque tropical dominado por Prioria copaifera (Fabaceae), (Talamanca, Costa Rica)

The factors that determine the existence of tropical forests dominated by a single species (monodominated forests) have been the subject of debate for a long time. It has been hypothesized that the low frequency of disturbances in monodominated forests and the tolerance to shade of the monodominant species are two important factors explaining the prolonged dominance of a single species. We determined the role of these two factors by examining the effects of logging activities on the floristic composition and seedling dynamics in a Prioria copaifera dominated forest in Southeastern Costa Rica. We determined the floristic composition for trees ≥2.5cm DBH and the associated recruitment, survival and mortality of tree canopy seedlings in two sites logged two (L-02) and 12 years (L-12) prior to sampling and an unlogged forest (ULF). Our results showed that L-02 stands had lower species richness (25 species) than the L-12 and ULF stands (49 and 46 species, respectively). As expected, we found significant logging effects on the canopy structure of the altered forests, particularly when comparing the L-02 and the ULF stands. Seedling density was higher in ULF (0.96 seedlings/m²) than in the L-02and L-12 stands (0.322 and 0.466 seedlings/m², respectively). However, seedling mortality was higher in the ULF stands (54%) than in the L-02 (26%) and L-12 (15%) stands. P. macroloba in L-02 was the only species with abundant regeneration under P. copaifera in L-02 stand, where it accounted for 35% of the seedlings. Despite the reduction in seedling abundance observed after logging, P. copaifera seems to maintain large seedling populations in these forests, suggesting that this species maintains its dominance after logging disturbances. Our findings challenge the hypothesis that the regeneration of monodominant species is not likely to occur under heavily disturbed canopy conditions. Rev. Biol. Trop. 62 (1): 347-357. Epub 2014 March 01.

La determinación de los factores responsables de la existencia de bosques tropicales dominados por una sola especie (bosques monodominados) ha sido motivo de debate por largo tiempo. Se ha propuesto que la baja frecuencia de alteraciones en esos bosques y la tolerancia a la sombra de las plántulas de la especie monodominante son dos de los factores que contribuyen a explicar la prolongada dominancia de una sola especie en estos bosques. Se estudió el rol de estos dos factores evaluando el efecto de la extracción de madera sobre la composición florística y la supervivencia y crecimiento de plántulas en un bosque dominado por Prioria copaifera en la región sureste de Costa Rica. Para ello se determinó la composición florística de los árboles con un diámetro a la altura de pecho (DAP) ≥2.5cm y el reclutamiento, supervivencia y mortalidad de las plántulas de especies arbóreas en sitios donde se extrajo madera dos (L-02) y doce años (L-12) antes de este estudio y un sitio del que nunca se ha extraído madera (ULF). Nuestros resultados muestran que los bosques L-02 tienen una riqueza de especies menor (25 especies) que los bosques L-12 y ULF (49 y 46 especies, respectivamente). Como era de esperar, la extracción de madera tuvo efectos significativos en la estructura del dosel del bosque, particularmente al comparar los bosques L-02 y ULF. La densidad de plántulas fue mayor en bosques ULF (0.96 plántulas/m²) que en L-02 y L-12 (0.322 and 0.466 plántulas/m², respectivamente). Sin embargo, la mortalidad de plántulas fue mayor en ULF (54%) que en L-02 (26%) y L-12 (15%). Pentachletra macroloba fue la única especie que mostró abundante regeneración bajo P. copaifera en parcelas L-02, representando el 35% las plántulas encontradas. A pesar de la reducción de la abundancia de plántulas observada después de la extracción de madera, P. copaifera parece capaz de mantener grandes poblaciones de plántulas en estos bosques. Estos resultados sugieren que P. copaifera puede mantener su dominancia después de las alteraciones causadas por la extracción de madera. Nuestros resultados no apoyan la hipótesis de que la regeneración de las especies monodominates es menos probable cuando el dosel del bosque sufre fuertes alteraciones.

Cronología de la regeneración del bosque tropical seco en Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica: I. Características edáficas

Chronology of tropical dry forest regeneration in Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. I. Edaphic characteristics. We characterized soil chemical and physical properties in eight tropical dry forest (TDF) successional sites along a time sequence (10, 15, 20, 40, 60 and >100 years) in Santa Rosa, Costa Rica. Seventeen soils were identified, described, and classified in six orders. Most soils were classified as Entisols and Vertisols, but Mollisols, Alfisols, Inceptisols and Ultisols were also present. All soils showed good fertility that did not constrain species richness. High edaphic variation seemed the result of complex interactions among the pyroclastic origin of Santa Rosa ignimbritic plateau (SRIP), the lithological composition and acidity of ignimbritic rocks, the strong seasonality in rainfall, intense hydric and aeolic erosion, topographic variations within the SRIP, and past human intervention. Correlations performed on soils classified as Entisols (<60 cm deep) showed a depletion of soil cations (Ca, Mg, K, Na and CEC) during the first 20 years of forest regeneration, that later recovered in mature TDF sites. Organic matter content did not change significantly along the TDF chrono-sequence. Substantial increments in macro-pores and soil hydraulic conductivity were observed, probably resulting from higher root biomass and turnover in older successional sites. Soil available water and meso-pore abundance were negatively correlated with TDF successional age. Our results indicate that edaphic chan ges observed along TDF regeneration might have been due to annual fires in pastures and young TDF sites, addition of decaying litter and fine roots as regeneration progressed, milder microclimate conditions during late regeneration in mature TDF sites, increased nutrient cycling, and the predominance of sandy loam textures among the soils examined. These changes in the soil environment with succession may have physiological and phenological consequences on the species appearing at different stages of TDF regeneration. Rev. Biol. Trop. 57 (3): 801-815. Epub 2009 September, 30.

Se caracterizaron las propiedades químicas y físicas de los suelos a lo largo de una cronosecuencia de ocho fragmentos de bosque tropical estacionalmente seco (BTS) en Santa Rosa, Costa Rica, y se relacionaron con el estado sucesional de los sitios (10, 15, 20, 40, 60 y >100 años de regeneración). Se encontró una alta diversidad edáfica a escalas pequeñas (0.5-1 ha) y se describieron 17 clases dominantes de suelos, clasificados en seis órdenes. La mayoría de los suelos fueron clasificados como Entisoles y Vertisoles, pero los Mollisoles, Alfisoles, Inceptisoles y Ultisoles estuvieron representados también. Todos los suelos presentaron buenos índices de fertilidad que no restringieron la riqueza de las especies. La alta heterogeneidad edáfica pareció ser el resultado de la interacción entre el origen piroclástico de la meseta ignimbrítica de Santa Rosa, la composición litológica y la acidez de las rocas del material parental, la marcada estacionalidad de la lluvia, intensos procesos de erosión hídrica y eólica, variaciones topográficas locales, y la historia de intervención humana. Correlaciones efectuadas en los Entisoles (<60 cm profundidad) revelaron un agotamiento de los cationes (Ca, Mg, K, Na y CIC) durante los primeros veinte años de regeneración, que más tarde se recuperaron en los bosque maduros. El contenido de materia orgánica no varió significativamente con la regeneración. Se observaron incrementos sustanciales en los macroporos y en la conductividad hidráulica, probablemente resultado de mayor biomasa y actividad radical en sitios sucesionales más viejos. La abundancia de mesoporos y el agua disponible para las plantas disminuyeron con la regeneración del bosque. Los resultados indican que los cambios observados en el suelo son resultado de la presencia anual de fuego, la adición de materia orgánica y minerales al suelo conforme la regeneración progresó, las condiciones microclimáticas más benignas conforme el bosque se desarrolló, el creciente ciclaje de nutrimentos, y la predominancia de texturas franco-arenosas en los suelos examinados. Estos cambios en las propiedades del suelo con la sucesión pueden tener importantes consecuencias sobre la fisiología y la fenología de las diversas formas de vida vegetal observadas durante la regeneración de los bosques tropicales estacionalmente secos.

Cronología de la regeneración del bosque tropical seco en Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica: II. La vegetación en relación con el suelo

Chronology of tropical dry forest regeneration in Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. II. Vegetation in relation to the soil. Tropical dry forest (TDF) succession was monitored in Santa Rosa, Costa Rica. We analyzed the effect of soil type on forest structure and diversity. Eight seasonally-dry TDF sites located along a successional chrono-sequence (10, 15, 20, 40, 60 and >100 years) were examined in relation to 17 soil pedons and six soil orders. Soils had moderate to high fertility and were classified as Entisols and Vertisols, although Mollisols, Alfisols, Inceptisols and Ultisols were also present. One-hundred and thirty 500 m2 plots were established, 20 plots in secondary and 10 plots in mature TDFsites. Diameter at breast height (dbh) and total tree height were measured for saplings (dbh ≥1 and <5 cm), shrubs and trees (dbh ≥5 cm). With the exception of two sites (40 and 60 years), soil type did not have significant effects on forest structure. However, tree diversity measured with Shannon-Wiener’s H’ and Fisher’s α rarefaction curves, showed substantial differences among soil types, which became accentuated in mature forests. This pattern might be explained by non-random distributions of TDF trees, the scale of the study, the plot shape, and the use of systematic sampling designs. Low-fertility sites in general had higher species richness, consistent with idea that more restrictive soils reduce competition among trees and allow co-existence of species with contrasting growth rates. Changes in soil properties along a chrono-sequence of Entisols indicated that trees may experience more severe water stress as succession progresses, which may require adjustments in biomass allocation and phenological behavior of the dominant species. Our results suggest that edaphic specialization is more pronounced in mature TDF forests, and that most TDF trees are generalists in relation to soil type, highly tolerant to site heterogeneity, and show little physiological specializations in response to edaphic heterogeneity. Rev. Biol. Trop. 57 (3): 817-836. Epub 2009 September 30.

Se estudió la sucesión del bosque tropical seco (BTS) de Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica, en cinco sitios boscosos secundarios y tres bosques maduros. Se analizó el efecto de la clase de suelo sobre la estructura del bosque y la diversidad de especies arbóreas. Los ocho sitios sucesionales estaban localizados a lo largo de una cronosecuencia de regeneración (10, 15, 20, 40, 60 and >100 años) en la que se identificaron 17 pedones y seis órdenes de suelos con moderada a alta fertilidad, clasificados como Entisoles y Vertisoles, aunque los Mollisoles, Alfisoles, Inceptisoles y Ultisoles estuvieron presentes también. Se establecieron 130 parcelas de 10 por 50 m (0.05 ha), 20 en cada bosque secundario y 10 en cada bosque antiguo (6.5 ha en total), de acuerdo con la topografía. Se midió el diámetro a la altura de pecho (dap) de todos los individuos presentes en cada parcela, la altura dominante y el área basal (m2ha-1), usando dos poblaciones: latizales (dap ≥ 1 y < 5 cm) y árboles (dap ≥ 5 cm). Cada bosque presentó al menos dos pedones de suelo bien diferenciados. La alta variación edáfica encontrada se debió posiblemente al origen piroclástico de la meseta ignimbrítica de Santa Rosa, las variaciones en los tiempos de deposición del material parental, y los patrones de erosión. A excepción de dos sitios, no se presentaron diferencias importantes en la estructura del bosque entre las clases de suelos examinadas, según la densidad de individuos, el área basal y la altura dominante. La diversidad de especies arbóreas medida según el índice Shannon-Wiener y las curvas de rarefacción construidas con el índice α de Fisher, presentaron diferencias considerables entre las clases de suelos. Esta tendencia se explicó por la influencia de las características edáficas sobre las distribuciones no aleatorias de las especies arbóreas, la escala de medición del estudio, la forma de la parcela, y el muestreo sistemático utilizado. En general, los suelos de menor fertilidad presentaron mayor riqueza de especies, indicando que los sitios más restrictivos redujeron la competencia y permitieron la coexistencia de individuos con tasas de crecimiento disímiles. Los cambios en las propiedades físicas encontrados a lo largo de una cronosecuencia de Entisoles indicaron que los árboles podrían experimentar estrés hídrico más severo conforme la sucesión avanza, lo que podría requerir ajustes en el comportamiento fenológico y en las propiedades ecofisiológicas de las especies dominantes. En general, nuestros resultados sugieren que la especialización edáfica es más pronunciada en BTS maduros, y que la mayoría de las especies del BTS son generalistas en relación con la clase de suelo, altamente tolerantes a la heterogeneidad de los sitios, y muestran poca especialización fisiológica para responder a la variabilidad edáfica en distancias cortas.

The impact of local extinction on genetic structure of wild populations of lima beans (Phaseolus lunatus) in the Central Valley of Costa Rica: consequences for the conservation of plant genetic resources

Plant populations may experience local extinction and at the same time new populations may appear in nearby suitable locations. Species may also colonize the same site on multiple occasions. Here, we examined the impact of local extinction and recolonization on the genetic structure of wild populations of lima beans (Phaseolus lunatus) in the Central valley of Costa Rica. We compared genetic diversity from the samples taken from the populations before and after extinction at 13 locations using microsatellite markers. Locations were classified according to the occurrence of extinction episodes during the previous five years into three groups: 1) populations that experienced extinction for more than one year, and were later recolonized (recolonized), 2) populations that did not experience local extinction (control), and 3) populations that did not experience local extinction during the study, but were cut to experimentally simulate extinction (experimental). Our data did not show a clear tendency in variation in allele frequencies, expected heterozygosity, and effective number of alleles within and between groups of populations. However, we found that the level of genetic differentiation between samples collected at different times at the same location was different in the three groups of populations. Recolonized locations showed the highest level of genetic differentiation (mean Fst= 0.2769), followed by control locations (mean Fst= 0.0576) and experimental locations (mean Fst= 0.0189). Similar findings were observed for Nei’s genetic distance between samples (di,j= 0.1786, 0.0400, and 0.0037, respectively). Our results indicate that genetic change in lima beans depends on the duration and frequency of local extinction episodes. These findings also showed that control populations are not in equilibrium. Implications of these results for the establishment of conservation strategies of genetic resources of lima beans are discussed. Rev. Biol. Trop. 56 (3): 1023-1041. Epub 2008 September 30.

Las poblaciones de plantas pueden experimentar extinción local, y al mismo tiempo, pueden surgir a sus alrededores nuevas poblaciones. Algunas especies pueden colonizar el mismo sitio en múltiples ocasiones. Aquí examinamos el impacto de la extinción local y recolonización en la estructura genética de poblaciones silvestres del frijol lima (Phaseolus lunatus) en el valle Central de Costa Rica. Comparamos la diversidad genética de muestras tomadas en poblaciones, antes y después de la extinción, en 13 sitios, usando marcadores de microsatélite. Según los episodios de extinción durante los cinco años previos, clasificamos los sitios así: 1) poblaciones que han experimentado extinción por más de un año, y después han recolonizado (recolonizado), 2) poblaciones que no han experimentado extinción local (control), y 3) poblaciones que no han experimentado extinción local durante el estudio, pero fueron cortadas experimentalmente, simulando una extinción (experimental). Nuestros datos no mostraron una clara tendencia en la variación de las frecuencias alélicas, heterozigosidad, o número efectivo de alelos en y entre grupos de poblaciones. Los niveles de diferenciación genética entre muestras recolectadas en diferentes momentos en el mismo sitio fueron diferentes en los tres grupos de poblaciones. Los sitios recolonizados mostraron el mayor nivel de diferenciación genética (Fst = 0.2769), seguidos de los sitios control (Fst= 0.0576) y sitios experimentales (Fst= 0.0189). Obtuvimos resultados similares en la distancia genética Neis entre muestras (d i,j = 0.1786, 0.0400, y 0.0037, respectivamente). Los cambios genéticos en los frijoles lima dependen de la duración y frecuencia de los episodios de extinción local. Las poblaciones "control" no están en equilibrio. Las implicaciones de estos resultados para el establecimiento de estrategias de conservación de los recursos genéticos de habas se encuentran en discusión.

A mast fruiting episode of the tropical tree Peltogyne purpurea (Caesalpinaceae) in the Osa Peninsula, Costa Rica

The existence of mast fruiting has not been well documented in the Neotropics. The occurrence of a mast fruiting episode in the population of the tree Peltogyne purpurea in the Osa Peninsula of Costa Rica is described. In February and March of 2000 most of the trees of this species produced a large fruit crop, compared with 1995-1999, when the number of fruit producing trees was very low or zero and those that did bear fruit, did so at a low intensity. In contrast, the fruit crop of 2000 was massive, all trees examined produced fruits and the intensity of fruiting was maximal. There is not enough information on the event for a hypothesis to be formed because the climatic or biological cues that triggered this sporadic flowering are unknown and there is no meteorological data available for this area. Populations with this mode of reproduction may experience local extinction bacause of logging operations.

Se describe un episodio de fructificación en masa en una población de Peltogyne purpurea de la Península de Osa, Costa Rica. En febrero y marzo de 2000, la mayor parte de los árboles de esta especie tuvo una gran cosecha de frutos. En los años anteriores, desde 1995, ninguno o muy pocos árboles produjeron frutos y la producción por árbol fue escasa. La cosecha del año 2000 fue masiva y todos los árboles examinados produjeron frutos abundantes. Este patrón reproductivo podría producir extinciones locales si la extracción maderera no lo toma en cuenta.

Variación del tamaño de frutos y semillas en 38 poblaciones silvestres de Phaseolus lunatus (Fabaceae) del Valle Central de Costa Rica / Variation in fruit and seed size from 38 wild populations of Phaseoulus lunatus (Fabaceae) from Central Valley, Costa Rica

We studied the morfological diversity in fruits and seeds in 38 wild populations of Phaseolus lunatus var. lunatus (lima beans) in the central valley of Costa Rica. In order to do so, measured the length and width of the fruits and the length, width and thickness of seeds. We also calculated the ratio between these traits and determined the weight of 100 seeds. In general, we found significant variation between populations for all variables. When we grouped the 38 populations into eight geographical regions within the study area, we found significant differences between regions. However, the levels of variation between populations within geographical regions was larger than that found between geographical regions. These findings suggested that there is no clear relationship between these variables and the geographical grouping established in this study. The implications of these findings for the establishment of strategies for in situ conservation of wild populations of lima beans are discussed.