Contributions of organic matter and nutrients via leaf litter in an urban tropical dry forest fragment / Contribuciones de materia orgánica y nutrientes a través de la hojarasca en un fragmento de bosque seco tropical urbano

Abstract The litterfall and decomposition represent the main transfer of organic matter and nutrients from the vegetation to the soil surface and determine positive trajectories in the process of rehabilitating and restoring degraded ecosystems. The aim of this study was to evaluate the contributions of organic materials and nutrients through the characterization of fine litter in an urban dry forest fragment. Litter production was monitored for one year by collecting 29 traps (0.5 m2). To evaluate leaf nutrient resorption, green leaves were collected from 5-10 individuals that represented the dominant tree species. Litter-bags (20 x 20 cm, 2 mm pore) were used for six months to evaluate the decomposition of leaf litter. Annual fine litter production was found to be 8 574 kg ha-1, with the Cordia alba species contributing the most leaf litter (1 134 kg ha-1) and nutrients (N: 6.16; P: 0.21; Ca: 4.72; Mg: 0.47; K: 1.27 kg ha-1). Decomposition rates (k constant) followed the decreasing order: C. alba (k: 4.6) > Machaerium milleflorum (k: 3.5). M. milleflorum and Albizia niopoides presented a pattern of rapid N and P release in the first 30 days, with more than 80 % and 60 % released from M. milleflorum and C. alba, respectively, by the end of the experiment. The litterfall monitoring carried out in this urban dry forest fragment revealed some important aspects of the functioning of an ecosystem as seriously threatened as the tropical dry forest. Rev. Biol. Trop. 66(2): 571-585. Epub 2018 June 01.

Resumen La caída de hojarasca y su descomposición representan la principal transferencia de materia orgánica y nutrientes desde la vegetación a la superficie del suelo y determinan trayectorias positivas en el proceso de rehabilitación y restauración de ecosistemas degradados. El objetivo de este estudio fue evaluar los aportes de materiales orgánicos y nutrientes a través de la caracterización de la hojarasca fina en un fragmento de bosque seco urbano. La producción de hojarasca fina se monitoreó durante un año mediante 29 trampas (0.5 m2). Para evaluar la reabsorción de nutrientes foliares, se recogieron hojas verdes de 5-10 individuos que representaban las especies arbóreas dominantes. Bolsas de descomposición (20 x 20 cm, 2 mm de poro) fueron usadas durante seis meses para evaluar la descomposición de la hojarasca foliar. La producción de hojarasca fina anual fue de 8 574 kg ha-1. La especie Cordia alba presentó los mayores aportes de hojarasca foliar (1 134 kg ha-1) y nutrientes (N: 6.16; P: 0.21; Ca: 4.72; Mg: 0.47; K: 1.27 kg ha -1). Las tasas de descomposición (constante k) siguieron el orden decreciente: C. alba (k: 4.6)> Machaerium milleflorum (k: 3.5). M. milleflorum y Albizia niopoides presentaron un patrón de liberación rápido de N y P en los primeros 30 días, con más del 80 % y 60 % de M. milleflorum y C. alba, respectivamente, al final del experimento. El monitoreo de la caída de hojarasca llevado a acabo en este fragmento de bosque seco urbano reveló algunos aspectos importantes del funcionamiento de un ecosistema tan seriamente amenazado como es el bosque seco tropical.

Dinámica de nutrientes en plantaciones forestales de Azadirachta indica (Meliaceae) establecidas para restauración de tierras degradadas en Colombia / Nutrient dynamics in forest plantations of Azadirachta indica (Meliaceae) established for resto- ration of degraded lands in Colombia

Azadirachta indica is a tree species which use is steadily increasing for restoration of tropical and subtropical arid and degraded lands throughout the world. The objective of this research study was to evaluate the potential of these plantations as an active restoration model for the recovery of soils under desertification in arid lands of Colombia. Litter traps and litter-bags were installed in twenty 250m² plots. Green leaves and soil samples inside and outside this species plantations were taken, and their elemental concentrations were determined. Litterfall, leaf litter decomposition and foliar nutrient resorption were moni- tored for one year. The annual contributions of organic material, such as fine litterfall, represented 557.54kg/ha, a third of which was A. indica leaves. The greatest potential returns of nutrients per foliar litterfall were from Ca (4.6kg/ha) and N (2.4kg/ha), and the smallest potential returns came from P (0.06kg/ha). A total of 68% of the foliar material deposited in litter-bags disappeared after one year. The greatest release of nutrients was that of K (100%), and the least was that of N (40%). P was the most limiting nutrient, with low edaphic availability and high nutrient use efficiency from Vitousek´s index (IEV=3176) and foliar nutrient resorption (35%). Despite these plantations are young, and that they have not had forestry management practices, as an active restoration model, they have revitalized the biogeochemical cycle, positively modifying the edaphic parameters according to the increases in organic material, P and K of 72%, 31% and 61%, respectively. Furthermore, they improved the stability of aggregates and the microbe respiration rates. The forest plantation model with exotic species has been opposed by different sectors; however, it has been acknowledged that these projects derive many benefits for the restoration of biodiversity and ecosystemic functions. The conditions of severe land degradation demand the initial use of species, such as A. indica, that can adapt quickly and successfully, and progressively reestablish the biogeochemical cycle.

Azadirachta indica A. Juss (Nim) ha sido ampliamente empleada en procedimientos de restauración, por lo tanto se evaluó el potencial de sus plantaciones para restaurar tierras secas degradadas por sobrepastoreo, vía reactivación del ciclo biogeoquímico. En 20 parcelas de 250m², se instalaron trampas de hojarasca y litter-bags. Se tomaron muestras de hojas maduras y de suelos dentro y fuera de las plantaciones, y se determinaron sus contenidos elementales. Fueron monitoreados la caída de hojarasca, la descomposición de hojarasca y la reabsorción de nutrientes foliares durante un año. Los aportes anuales de hojarasca fina representaron 557.54kg/ha (33% hojas de Nim). Los mayores retornos potenciales de nutrientes vía foliar fue- ron de Ca (4.6kg/ha) y N (2.4kg/ha) y los menores de P (0.06kg/ha). El 68% del material se descompuso tras un año. La mayor liberación de nutrientes fue de K (100%) y la menor de N (40%). El P fue el nutriente más limitante, con baja disponibilidad edáfica y alta eficiencia en su uso según el Índice de Vitousek (IEV=3 176) y la reabsorción foliar (35%). Estas plantaciones juveniles demostraron efectividad en la reactivación del ciclo biogeoquímico, que mejoraron parámetros edáficos, según incrementos de materia orgánica, P y K; 72%, 31% y 61%, respectiva- mente. Además mejoraron la estabilidad de agregados y las tasas de respiración microbiana.

Descomposición de hojarasca y liberación de nutrientes en plantaciones de Acacia mangium (Mimosaceae) establecidas en suelos degradados de Colombia

Litter decomposition and nutrient release in Acacia mangium plantations established on degraded soils of Colombia. Several factors control the decomposition in terrestrial ecosystems such as humidity, temperature, quality of litter and microbial activity. We investigated the effects of rainfall and soil plowing prior to the establishment of Acacia mangium plantations, using the litterbag technique, during a six month period, in forests plantations in Bajo Cauca region, Colombia. The annual decomposition constants (k) of simple exponential model, oscillated between 1.24 and 1.80, meanwhile k1 y k2 decomposition constants of double exponential model were 0.88-1.81 and 0.58-7.01. At the end of the study, the mean residual dry matter (RDM) was 47% of the initial value for the three sites. We found a slow N, Ca and Mg release pattern from the A. mangium leaf litter, meanwhile, phosphorus (P) showed a dominant immobilization phase, suggesting its low availability in soils. Chemical leaf litter quality parameters (e.g. N and P concentrations, C/N, N/P ratios and phenols content) showed an important influence on decomposition rates. The results of this study indicated that rainfall plays an important role on the decomposition process, but not soil plowing. Rev. Biol. Trop. 59 (1): 113-128. Epub 2011 March 01.

La descomposición de hojarasca en los ecosistemas terrestres está regulada por varios factores, entre ellos, la humedad, temperatura, calidad de la hojarasca y la actividad de los microoganismos. Estudiamos el efecto de la precipitación y el tratamiento de subsolado del suelo previo establecimiento de plantaciones de Acacia mangium, usando la técnica de bolsas de descomposición durante seis meses en plantaciones del Bajo Cauca (Colombia). La constante de descomposición anual (k) del modelo simple exponencial, osciló entre 1.24 y 1.80. Las constantes k1 y k2 del modelo doble exponencial fluctuaron entre 0.88-1.81 y 0.58-7.01. Al final del experimento la materia seca residual promedio (MSR) fue del 47%. Las cantidades residuales de N, Ca y Mg en la hojarasca de A. mangium mostraron un patrón de liberación lento. La evolución del P en la MSR mostró un proceso dominante de inmovilización, dada su baja disponibilidad en el suelo. Algunos parámetros de calidad del sustrato (N, P, C/N, N/P y fenoles) fueron buenos predictores del proceso, así como la precipitación, situación contraria a la del tratamiento de subsolado.

CAÍDA DE HOJARASCA Y DINÁMICA DE NUTRIENTESEN PLANTACIONES DE Acacia mangium (MIMOSACEAE)DE ANTIOQUIA, COLOMBIA. / Litterfall and Nutrient Dynamics in Acacia mangium (Mimosaceae)Forest Plantations of Antioquia, Colombia

La producción de hojarasca, el retorno y la reabsorción de nutrientes, y la eficiencia en su uso, fueron estudiados durante un año en plantaciones de Acacia mangium estable-cidas en suelos degradados por minería aurífera en la región del Bajo Cauca colom-biano. La producción anual de hojarasca fina fue de 10,4 Mg ha-1 y estuvo dominada por la fracción foliar (54%), seguida del material reproductivo (24%), y en menor pro-porción por otros restos (6%) y hojas de otras especies (1,5%). Los mayores retornos de materia orgánica y nutrientes se presentaron en los sitios clasificados como de calidad alta, en tanto que la práctica de subsolado del suelo, previo establecimiento de las plantaciones, no mostró efectos significativos sobre estos. La hojarasca foliar mostró una concentración alta de N y consecuentemente, dados los altos valores de producción de esta fracción, un retorno potencial alto de N. El P, con baja concentración foliar y un bajo retorno potencial, además de los altos valores de los índices de eficiencia en su uso y de reabsorción foliar, fue el nutriente más limitante. Los altos valores de producción de hojarasca fina y de retorno potencial de nutrientes determinados en este es-tudio, muestran que la especie Acacia mangium tiene un gran potencial para la recupera-ción de áreas degradadas, a partir del restablecimiento de los ciclos biogeoquímicos.

Fine litter production, nutrient return, nutrient resorption, and nutrient use efficiency were studied during one year in Acacia mangium forest plantations in mining gold degraded soils at the Bajo Cauca region of Colombia. Annual fine litter production was estimated at 10.4 Mg ha-1 and it was dominated by the leaf fraction (54%), followed by the reproduc-tive material (24%) and to a lesser proportion by other debris (6%) and other species leaves (1.5%). The highest organic matter and nutrients returns were found on sites classified as high quality. Soil plowing realized previous Acacia mangium planting, did not show any significant effect on organic matter and nutrients returns. A. mangium leaf litter had a high N concentration and consequently, given the high leaf litter production values, it was found a high N return. By the opposite, leaf litter P content and P returns via litter fall were very low. The high values found for P retranslocation and P use efficiency indexes showed that P was the most limiting nutrient for the species. The high values of fine litter production and nutrient return via leaf litter indicate that A. mangium has a great capacity for degraded areas reclamation, as of the restoration of the biogeochemical cycles.

Caída de hojarasca y retorno de nutrientes en bosques montanos andinos de piedras blancas Antiquia-Colombia / Litterfall and nutrient return in montane andean forests from piedras blancas Antiquia-Colombia

En un bosque montano natural de roble (Quercus humboldtii Bonpl.) y en plantaciones forestales de pino pátula (Pinus patula Schltdl. y Cham.) y de ciprés (Cupressus lusitanica Mill.) de Piedras Blancas, Antioquia, Colombia, fueron medidos durante dos años los flujos de nutrientes a través de la hojarasca. En cada ecosistema se emplearon 20 trampas de hojarasca (0,5m² cada una) con el fin de recoger el material desprendido del dosel para su posterior separación en fracciones y análisis químico. Las cantidades de hojarasca fina siguieron el orden: pino pátula (8362,47 kg.ha-1. año-1), roble (7877,20 kg.ha-1. año-1) y ciprés (3725,97 kg.ha-1. año-1). Las cantidades de nutrientes que retornaron a través de la hojarasca foliar de la especie dominante en cada bosque fueron C>N>Ca>K>Mg>S>P en bosque de roble, C>N>P>Ca>Mg>K>S en plantación de pino pátula, y C>Ca>N>K>S>Mg>P en plantación de ciprés. Los resultados muestran un menor retorno de elementos hasta el piso del bosque en las plantaciones de coníferas y un retorno real posiblemente más lento como producto de los mayores valores de la relación C/N del material foliar de las especies de coníferas.