Effects of nutrient (N, P, K) fertilization on the dynamics of fine roots in tropical rain forests with different soil texture in the Colombian Pacific region / Efectos de la fertilización con nutrientes (N, P, K) sobre la dinámica de raíces finas en bosques húmedos tropicales con diferente textura del suelo en la región del Pacífico colombiano

Abstract Introduction: Fine root dynamics include production, turnover and decomposition; they are crucial to forest health, affect the entire biogeochemical complex of the ecosystem, and consequently, they substantially affect carbon balance. However, the influence of environmental factors and soil nutrient limitation on fine roots presents considerable uncertainties and has not been studied in tropical forests with more than 7 000 mm annual rainfall. Objective: To measure the effect of fertilization on fine roots in the high precipitation Chocó forest. Methods: We worked in two sites of the Chocó region, Colombia (August 2014-May 2015), where rainfall exceeds 10 000 mm per year. We applied five fertilization treatments (N, P, K, NPK and Control) to two soil type plots. Soil cylinders were removed at pre-established intervals to measure roots. Results: Phosphorus applications increased fined roots; and more fine roots were produced in sandy than in loam soil. The effects of fertilization were related, but not clearly determined by edaphic conditions. Conclusions: In this Chocó forest, the production of fine roots was higher in sandy and nutrient-rich soils but belowground net primary productivity was limited by the content of edaphic Phosphorus.

Resumen Introducción: La dinámica de las raíces finas incluye producción, rotación y descomposición; son cruciales para la salud de los bosques, afectan todo el complejo biogeoquímico del ecosistema y, en consecuencia, afectan sustancialmente el balance de carbono. Sin embargo, la influencia de los factores ambientales y la limitación de nutrientes del suelo en las raíces finas presenta incertidumbres considerables y no se ha estudiado en bosques tropicales con más de 7 000 mm de precipitación anual. Objetivo: Medir el efecto de la fertilización en las raíces finas en el bosque chocoano de alta precipitación. Métodos: Se trabajó en dos sitios de la región del Chocó, Colombia (agosto 2014-mayo 2015), donde las precipitaciones superan los 10 000 mm anuales. Se aplicaron cinco tratamientos de fertilización (N, P, K, NPK y Control) a dos parcelas por tipo de suelo. Los cilindros de suelo se retiraron a intervalos preestablecidos para medir las raíces. Resultados: Las aplicaciones de fósforo aumentaron las raíces finas; y se produjeron más raíces finas en suelos arenosos que en francos. Los efectos de la fertilización estuvieron relacionados, pero no claramente determinados por las condiciones edáficas. Conclusiones: En este bosque chocoano, la producción de raíces finas fue mayor en suelos arenosos y ricos en nutrientes, pero la productividad primaria neta subterránea estuvo limitada por el contenido de fósforo edáfico.

Efectos de la fertilización del suelo sobre el crecimiento arbóreo en bosques pluviales tropicales del Chocó, Colombia / Effects of soil fertilization on tree growth in tropical rainforests of Choco, Colombia

Resumen: El crecimiento diamétrico arbóreo (CDA) es un componente fundamental de la productividad primaria neta (PPN) y del almacenamiento de carbono en ecosistemas boscosos, por lo cual cumple un papel importante en la mitigación del cambio climático global. Se ha planteado la hipótesis de que en los bosques lluviosos tropicales de baja altitud el CDA está limitado por la disponibilidad edáfica de nutrientes; sin embargo, pocas evidencias experimentales la apoyan, especialmente en bosques con alta precipitación (>5 000 mm anuales). Este estudio evalúa los efectos de la fertilización del suelo sobre el CDA en bosques pluviales tropicales del Pacífico Colombiano, una de las zonas más lluviosas del mundo. Tales efectos se evaluaron a nivel de localidades, categorías diamétricas, densidad de madera y grupos funcionales. Para ello, se realizaron dos inventarios arbóreos (2014 y 2015), se aplicaron cinco tratamientos de fertilización (nitrógeno-N, fósforo-P, potasio-K, NPK y Control) y se determinó el CDA en cinco parcelas permanentes de una hectárea. Se encontró que la aplicación de N y NPK tuvo poco efecto sobre el CDA con respecto al control, mientras que la adición de P y K produjo reducción significativa en la tasa de crecimiento relativo arbórea con respecto al control a nivel de las localidades, en árboles pequeños y medianos, en todas las densidades de madera (baja, media y alta) y en el grupo de plantas dicotiledóneas. Aunque los resultados no corroboraron la hipótesis de limitación de nutrientes sobre el CDA en los bosques estudiados, se evidenció que durante los primeros años de fertilización (principalmente con P y K) ocurrieron cambios en los patrones de PPN aérea y subterránea, probablemente para maximizar la fotosíntesis y la adquisición de nutrientes del suelo.

Abstract: The tree diameter growth (CDA) is a fundamental component of net primary productivity (NPP) and carbon storage in forest ecosystems; therefore, it plays a key role in mitigating global climate change. It has been hypothesized that CDA in lowland tropical rain forests is limited by the availability of soil nutrients, yet little experimental evidence is available, especially in forest of high precipitation (>5 000 mm per year). This study evaluated the effects of soil fertilization on CDA in tropical rainforests of the Colombian Pacific, one of the wettest areas of the world. Such effects were assessed at the level of localities, diametric categories, wood density, and functional groups. To do this, two arboreal inventories (2014 and 2015) were performed, five fertilization treatments (Nitrogen-N, Phosphorus-P, Potassium-K, NPK and Control) were applied, and the CDA was determined in five permanent plots of one hectare. We found that the application of N and NPK had little effect on CDA as compared to the control; while the addition of P and K produced significant reduction of the trees relative growth rate, with respect to the control at the level of localities, in small and medium sized trees, in all wood densities (low, medium and high), and in the group of dicotyledonous species. Although these results did not corroborate the hypothesis of nutrient limitation on CDA in the studied forests, it was found that during the early years of fertilization (mainly with P and K), different patterns of aboveground and belowground NPP occurred to maximize photosynthesis and soil nutrient acquisition. Rev. Biol. Trop. 65 (3): 1161-1173. Epub 2017 September 01.