Plant galls recorded from Guanacaste Conservation Area-Costa Rica as an integrated concept of a biological database / Registro de galhas em plantas da Área de Conservação Guanacaste, Costa Rica, como conceito integrado de um banco de dados biológico

Abstract: Galling insects are specialist herbivorous that have the ability of manipulating plant tissue to form complex biological structures called galls. Even though different organisms have the ability to induce galls in plants, insect galls have the highest degree of structural complexity. The main goal of this study was to obtain a preliminary systematic record of plant gall morphotypes from the Guanacaste Conservation Area in Costa Rica and integrate the information into a biological database. Plant gall morphotypes were recorded, characterized and deposited into a specialized herbarium established as a reference for the inventory. Moreover, organisms associated with gall morphotypes were included in the inventory when it was possible to obtain and identify them. Galls were collected in the rainy season over a period of three years. In total, we recorded forty-four families, seventy genera, and eighty-seven host plant species. One hundred thirty-one morphotypes of plant galls were identified in the Guanacaste Conservation Area. The family with the highest number of gall morphotypes was Fabaceae (8.4%). Leaves were the organ with the largest number of galls (71%), followed by stems (17.6%), and apical buds (6.9%). The predominant gall shape was globular (25.2%), followed by discoid (18.3%). Fifty-nine percent of the galls had a glabrous texture, which was most common on leaves, with 77%. One hundred twenty of our field records (91.6%) of plant galls were new morphotypes not only for Costa Rica but also the world. As a consequence of this research and considering the prospect of future increases in new gall records (and associated organisms), we proposed having the biological entities resulting from the inventory placed in a cecidiarium. This repository represents a standardized and comprehensive way to manage the data and biological materials associated with the plant galls. We also suggest a nomenclature for standardizing gall morphotype registries and identifications. This work is the first and most detailed inventory of plant galls carried out thus far in the Guanacaste Conservation Area.

Resumo: Os insetos galhadores são herbívoros especializados, que têm a habilidade de manipular os tecidos vegetais, formando uma complexa estrutura biológica. Diferentes organismos têm a capacidade de induzir galhas, porém as de insetos têm maior grau de complexidade estrutural. O principal objetivo desse estudo foi realizar um levantamento sistemático preliminar das galhas de insetos na Área de Conservação Guanacaste, na Costa Rica, e inserir as informações em uma base de dados biológicos. Os morfotipos de galhas foram registrados, caraterizados e depositados em um herbário estabelecido como base de referência deste inventário. Além disso, quando foi possível obter e identificar os organismos associados a cada morfotipo de galha, eles foram incluídos no inventário. As amostras de galhas foram coletadas na estação chuvosa, durante três anos. No total, foram registradas 44 famílias, 70 gêneros e 87 espécies de plantas hospedeiras. Cento e trinta e um morfotipos de galhas foram identificados na Área de Conservação de Guanacaste. A família com o maior número de morfotipos de galhas foi Fabaceae (8.4%). Os órgãos vegetais com o maior número de galhas foram as folhas (71,0%), seguidas dos caules (17,6%), e das gemas apicais com 6,9%. A forma predominante das galhas foi globoide (25,2%), seguida da lenticular (18,3%) e 59% das galhas apresentaram textura glabra, observada mais frequentemente folhas (77%). Cento e vinte morfotipos de galhas (91.6%) representaram novos registros não só na Costa Rica como também no mundo. Como consequência desta pesquisa e considerando as perspectivas de aumentos futuros de novos registros de galhas (e organismos associados), nós propomos que as entidades biológicas resultantes deste inventário sejam depositadas em um cecidiário. Este repositório representa uma maneira padronizada e abrangente de gerenciar e integrar os dados e os materiais biológicos associados às galhas das plantas. Também sugerimos uma terminologia para padronizar os registros e identificações dos morfotipos de galhas. Este inventário de galhas em plantas é o primeiro e o mais detalhado já realizado na Área de Conservação Guanacaste.

Biogeochemical cycling in terrestrial ecosystems of the Caatinga Biome / Ciclagem biogeoquímica em ecossistemas terrestres do Bioma Caatinga

The biogeochemical cycles of C, N, P and water, the impacts of land use in the stocks and flows of these elements and how they can affect the structure and functioning of Caatinga were reviewed. About half of this biome is still covered by native secondary vegetation. Soils are deficient in nutrients, especially N and P. Average concentrations of total soil P and C in the top layer (0-20 cm) are 196 mg kg-1 and 9.3 g kg-1, corresponding to C stocks around 23 Mg ha-1. Aboveground biomass of native vegetation varies from 30 to 50 Mg ha-1, and average root biomass from 3 to 12 Mg ha-1. Average annual productivities and biomass accumulation in different land use systems vary from 1 to 7 Mg ha-1 year-1. Biological atmospheric N2 fixation is estimated to vary from 3 to 11 kg N ha-1 year-1and 21 to 26 kg N ha-1 year-1 in mature and secondary Caatinga, respectively. The main processes responsible for nutrient and water losses are fire, soil erosion, runoff and harvest of crops and animal products. Projected climate changes in the future point to higher temperatures and rainfall decreases. In face of the high intrinsic variability, actions to increase sustainability should improve resilience and stability of the ecosystems. Land use systems based on perennial species, as opposed to annual species, may be more stable and resilient, thus more adequate to face future potential increases in climate variability. Long-term studies to investigate the potential of the native biodiversity or adapted exotic species to design sustainable land use systems should be encouraged.

Os ciclos biogeoquímicos de C, N, P e água, os impactos das mudanças do uso da terra nos estoques e fluxos destes elementos e como estas mudanças podem afetar a estrutura e o funcionamento da Caatinga foram revisados. Cerca da metade desse Bioma ainda é coberta por vegetação nativa secundária. Os solos são deficientes em nutrientes, principalmente N e P. A concentração média, na camada superficial (0-20 cm), de P total é 196 mg kg-1, e a de C é 9.3 g kg-1, correspondendo a estoques médios em torno de 23 Mg ha-1 de carbono. A biomassa aérea da vegetação varia entre 30 a 50 Mg ha-1, e a biomassa radicular entre 3 a 12 Mg ha-1. As produtividades e acumulações anuais de biomassa nos diferentes usos da terra variam de 1 a 7 Mg ha-1. A fixação biológica de N2 atmosférico é estimada em 3 a 11 kg N ha-1 ano-1 e 21 a 26 kg N ha-1 ano-1 em Caatinga madura e em regeneração, respectivamente. Os principais processos de perda de nutrientes e água são queimadas, erosão do solo, escoamento e colheita de cultivos e produtos animais. As mudanças climáticas projetadas indicam maiores temperaturas e menores precipitações. Considerando a alta variabilidade intrínseca, ações para aumentar a sustentabilidade deveriam melhorar a resiliência e a estabilidade dos ecossistemas. Sistemas de uso da terra baseados em espécies perenes, em contraposição a anuais, devem ser mais estáveis e resilientes, portanto mais adequados para enfrentar os potenciais aumentos na variabilidade climática. Estudos de longa duração para avaliar o potencial da biodiversidade nativa ou de exóticas adaptadas no delineamento de sistemas de uso sustentáveis deveriam ser encorajados.

Biogeochemical cycling in terrestrial ecosystems of the Caatinga Biome

The biogeochemical cycles of C, N, P and water, the impacts of land use in the stocks and flows of these elements and how they can affect the structure and functioning of Caatinga were reviewed. About half of this biome is still covered by native secondary vegetation. Soils are deficient in nutrients, especially N and P. Average concentrations of total soil P and C in the top layer (0-20 cm) are 196 mg kg-1 and 9.3 g kg-1, corresponding to C stocks around 23 Mg ha-1. Aboveground biomass of native vegetation varies from 30 to 50 Mg ha-1, and average root biomass from 3 to 12 Mg ha-1. Average annual productivities and biomass accumulation in different land use systems vary from 1 to 7 Mg ha-1 year-1. Biological atmospheric N2 fixation is estimated to vary from 3 to 11 kg N ha-1 year-1and 21 to 26 kg N ha-1 year-1 in mature and secondary Caatinga, respectively. The main processes responsible for nutrient and water losses are fire, soil erosion, runoff and harvest of crops and animal products. Projected climate changes in the future point to higher temperatures and rainfall decreases. In face of the high intrinsic variability, actions to increase sustainability should improve resilience and stability of the ecosystems. Land use systems based on perennial species, as opposed to annual species, may be more stable and resilient, thus more adequate to face future potential increases in climate variability. Long-term studies to investigate the potential of the native biodiversity or adapted exotic species to design sustainable land use systems should be encouraged.

Os ciclos biogeoquímicos de C, N, P e água, os impactos das mudanças do uso da terra nos estoques e fluxos destes elementos e como estas mudanças podem afetar a estrutura e o funcionamento da Caatinga foram revisados. Cerca da metade desse Bioma ainda é coberta por vegetação nativa secundária. Os solos são deficientes em nutrientes, principalmente N e P. A concentração média, na camada superficial (0-20 cm), de P total é 196 mg kg-1, e a de C é 9.3 g kg-1, correspondendo a estoques médios em torno de 23 Mg ha-1 de carbono. A biomassa aérea da vegetação varia entre 30 a 50 Mg ha-1, e a biomassa radicular entre 3 a 12 Mg ha-1. As produtividades e acumulações anuais de biomassa nos diferentes usos da terra variam de 1 a 7 Mg ha-1. A fixação biológica de N2 atmosférico é estimada em 3 a 11 kg N ha-1 ano-1 e 21 a 26 kg N ha-1 ano-1 em Caatinga madura e em regeneração, respectivamente. Os principais processos de perda de nutrientes e água são queimadas, erosão do solo, escoamento e colheita de cultivos e produtos animais. As mudanças climáticas projetadas indicam maiores temperaturas e menores precipitações. Considerando a alta variabilidade intrínseca, ações para aumentar a sustentabilidade deveriam melhorar a resiliência e a estabilidade dos ecossistemas. Sistemas de uso da terra baseados em espécies perenes, em contraposição a anuais, devem ser mais estáveis e resilientes, portanto mais adequados para enfrentar os potenciais aumentos na variabilidade climática. Estudos de longa duração para avaliar o potencial da biodiversidade nativa ou de exóticas adaptadas no delineamento de sistemas de uso sustentáveis deveriam ser encorajados.