What deters plant colonization in a tropical pine plantation? / ¿Cuáles son los factores que limitan la colonización vegetal en una plantación de pino tropical?

AbstractPine plantations in the tropics are often employed to recondition eroded slopes from mudslides, as the Pinus caribaea plantation that shields the Universidad Simón Bolívar campus in Caracas (Venezuela). However, mismanagement of this plantation has led to its rapid degradation. The best option to maintain the protective service is to restore the plantation and direct its successional trajectory towards the neighbouring montane forest. Through experimental manipulation, we aimed to determine which factors block secondary succession and to investigate their effects. Within the experimental constraints imposed by the plantation small area, we analysed the effects of light and fertility limitation, litter accumulation and access to seed on plantation restoration. Light availability was manipulated by clearing and thinning three 800 m2 main plots. Fertilization and litter removal was applied to sub-plots within the light plots. Soils were analysed, microclimate was monitored and, for four years, stem density, species richness and basal area were tallied. Our results showed that light accessibility was the main factor deterring the successional trajectory of the plots, with varying grades of interaction with the sub-treatments. By the end of the fourth year, the cleared plot showed the largest responses in all traits (triplicating stem density and basal area and >20 times higher species richness). The main colonizers were Croton megalodendron, Ocoteafendleri, and Clusia spp. all dominant trees in the nearby native forest. We concluded that the results of this pioneer study, showed that small clearings, repeated in 3-4 year cycles are appropriate for similar restoration schemes. This procedure would create a mosaic of vegetation patches at different successional stages while protecting the slopes from erosion and increasing local biodiversity. Rev. Biol. Trop. 64 (2): 461-471. Epub 2016 June 01.

ResumenEn los trópicos, las plantaciones de pino se emplean comúnmente para proteger laderas erosionadas. Este es el caso de la plantación de Pinus caribaea que resguarda el campus de la Universidad Simón Bolívar en Caracas (Venezuela) de los deslaves de lodo. Sin embargo, el inadecuado manejo de la plantación está conduciendo a su rápido deterioro. La opción más adecuada para mantener el papel protector de la plantación es la restauración dirigida hacia una sucesión similar a la del bosque montano vecino. Mediante manipulaciones experimentales nos proponemos determinar cuáles son los factores que bloquean la sucesión secundaria e investigar sus efectos específicos. Dentro de las limitaciones impuestas por el reducido tamaño de la plantación y su rol protector, aquí analizamos los efectos de la reducida radiación solar y fertilidad del suelo, la acumulación de acículas de pino y el acceso a la fuente de semillas para la restauración. La disponibilidad de radiación solar se varió cortando y entresacando los pinos de parcelas de 800 m2. Los tratamientos de fertilidad y la remoción de acículas (por fuego y manualmente) se realizaron en subparcelas replicadas dentro de las parcelas principales. Los suelos se analizaron fisicoquímicamente, se monitoreo el microclima y, durante 4 años, se censó la densidad, el área basal y la riqueza de especies de los elementos leñosos en las parcelas. Los resultados muestran que el acceso a la radiación solar fue el factor principal que influyó sobre la colonización y crecimiento de nuevos individuos en las parcelas con diversos grados de interacción con los sub-tratamientos. Al finalizar el cuarto año, la parcela totalmente deforestada mostró las respuestas más elevadas (tres veces superior en cuanto a densidad y área basal y hasta veinte veces mayor en cuanto a riqueza de especies) comparada con las parcelas control y parcialmente deforestada. Las principales especies leñosas colonizadoras fueron: Croton megalodendron, Ocotea fendleri y Clusia spp., todas ellas dominantes en el bosque montano vecino. Concluimos que este estudio pionero muestra que el aclareo total de parcelas pequeñas, repetido en ciclos de 3-4 años es apropiado para proyectos de restauración similares. Así se obtendría un mosaico de vegetación en diferentes estadios sucesionales que mantienen el papel protector de la cubierta vegetal e incrementando la biodiversidad local.

Growth response of Pinus densiflora seedlings inoculated with three indigenous ectomycorrhizal fungi in combination

Pinus densiflora seedlings were inoculated with three indigenous ectomycorrhizal fungi (Cenococcum geophilum, Rhizopogon roseolus and Russula densifolia) in single-, two-, and three-species treatments. After 8 months, the colonization rates of each ectomycorrhizal species, seedling growth and the nutrition were assessed in each treatment. P. densiflora seedlings inoculated with different ECM species composition showed an increase in height and basal diameter and improved seedling root and shoot nutrition concentrations compared to control treatment. Generally, combined inoculation had a more positive influence on the seedlings than the single inoculation. The three-species inoculation presented the highest growth and basal diameter and concentration of most nutrients except potassium. In conclusion, the results provided strong evidence for benefits of combined inoculation with the indigenous ectomycorrhizal fungi on P. densiflora seedlings under controlled conditions.

Efecto de plantaciones de pino en la artropofauna del suelo de un bosque Altoandino

Effect of pine plantations on soil arthropods in a high Andean forest. One of the most common problems in the Colombian mountains has been the replacement of native vegetation by pine plantations. Soil arthropods are a fundamental component of forest ecosystem, since they participate in the organic matter fragmentation, previous to decomposition. This role is more valuable in high altitude environments, where low temperatures limit the dynamics of biological processes, where the effects of pine plantations on soil arthropods are still not well- known. In a remnant of high-andean forest (Neusa - Colombia) and a pine plantation of about 50 years-old, it was evaluated the composition, richness and abundance of arthropods at surface (S), organic horizon (O) and mineral horizon (A) of soil, to establish the differences associated to the soil use transformation. It was used "Pitfall" sampling to register the movement of the epigeous fauna, and extraction by funnel Berlese for determining the fauna density from O and A horizons. The Shannon and Simpson indexes estimated the diversity at different places and horizons, and the trophic structure of the community was evaluated. Overall, there were collected 38 306 individuals from forest and 17 386 individuals from pine plantation, mainly distributed in Collembola (42.4%), Acari (27%), Diptera (17.6%) and Coleoptera (4.6%). The most important differences were given in the surface, where the mobilization in forest (86 individuals/day) almost triplicates the one in pine plantation (33 individuals/ day). The differences in composition were given in Collembola, Araneae, Hemiptera, Homoptera and Hymenoptera. The dynamics of richness and abundance along the year had significant high values in the native forest than in the pine plantation. The general trophic structure was dominated by saprophagous (75%), followed by predators (14%) and phytophagous (9%), but in two layers of the pine plantation soil (S and O) this structural pattern was not given. Based on the results, it was concluded that pine plantations affect the diversity, composition, community dynamic and trophic structure of soil arthropods. Also, some estimators of soil stability give signals that these effects are reducing the ecosystem function in the region. Rev. Biol. Trop. 58 (3): 1031-1048. Epub 2010 September 01.

Los artrópodos del suelo son un componente fundamental de los ecosistemas de bosque, ya que participan en la fragmentación de los residuos orgánicos previa a la descomposición. Esta función es más valuable en ambientes de altura, donde las bajas temperaturas limitan la dinámica de los procesos biológicos. Sin embargo, uno de los problemas más comunes en las montañas colombianas ha sido el reemplazo de vegetación nativa por plantaciones de pino. Los efectos sobre los artrópodos del suelo aún son poco conocidos. En un remanente de bosque Altoandino (Embalse del Neusa-Colombia) con una plantación adyacente de unos 50 años (aprox. 900 has), fue evaluada la composición, riqueza y abundancia de artrópodos en los estratos superficial (S) orgánico (O) y mineral (A) del suelo, para establecer las diferencias asociadas con la transformación del uso del suelo. Se utilizaron trampas "Pitfall" para registrar el movimiento de fauna epígea, y embudos Berlese para estimar la densidad de fauna de los horizontes O y A. Se calcularon los índices de Shannon y Simpson para estimar la diversidad en diferentes lugares y horizontes, además fue evaluada la estructura trófica de la comunidad. Se recolectaron 38 306 individuos en el bosque y 17 386 en la plantación, principalmente distribuidos en los taxa Collembola, (42.4%), Acari (27%), Diptera (17.6%) y Coleoptera (4.6%). Las diferencias más importantes se dieron en la superficie, donde la movilización en bosque (86 individuos/día) casi triplicó la movilización en la plantación (33 individuos/día). Las diferencias en la composición se dieron en los taxa Collembola, Araneae, Hemiptera, Homoptera e Hymenoptera. La dinámica de la riqueza y abundancia a lo largo del año tuvo picos significativos en el bosque, no observados en la plantación. La estructura trófica fue dominada por saprófagos (75%), depredadores (14%) y fitófagos (9%), pero en dos estratos de la plantación de pino (S y O) no se dio este patrón de estructura. Con base en los resultados se concluyó que las plantaciones de pino afectan la diversidad, composición, dinámica comunitaria y estructura trófica de los artrópodos del suelo. Además algunos evaluadores de la estabilidad del suelo señalan que los efectos de las plantaciones están reduciendo la funcionalidad ecosistémica en la región.

Sustitución de la sabana nativa con plantaciones de Pinus caribaea (Pinaceae) en Venezuela: efecto sobre parámetros indicadores de cambios en el carbono del suelo

Substitution of native savanna by Pinus caribaea (Pinaceae) plantations in Venezuela: effect on parameters that indicated changes in soil carbon content. A great extension (615 000 ha) of native savannas of the eastern plains of Venezuela have been replaced by plantations of Pinus caribaea var. hondurensis; however, only scarce information exists about the impact of this land use on carbon dynamics in soils. We studied the effect of temporal variability and the substitution on the total organic carbon (TOC), water-soluble carbon (WSC), microbial biomass C (Cmic), basal respiration (BR), microbial metabolic quotient (qCO2) and Cmic/Corg ratio. Selected chemical properties and biological parameters of soils were measured under 3 and 29 year old forest plantations of P. caribaea and an adjacent native savanna which was considered the control. At each site, nine soil composite samples were collected (0-10 cm depth). The studied parameters did not show a defined pattern in relation to temporal variability. Higher carbon preservation occurs in soil microbial biomass under pine plantations. The basal respiration rate and qCO2 suggests that there is a more efficient microbial carbon utilization in the plantations. The Cmic/Corg ratio shows that the microbial biomass has an important stock of soil carbon in pine plantations. The conversion of savannas to pine plantations can increase soil carbon in the eastern plains of Venezuela, but this must be balanced with the ecological importance of natural savannas ecosystems. Rev. Biol. Trop. 56 (4): 2041-2053. Epub 2008 December 12.

Una gran extensión (615000 has) de las sabanas nativas de los Llanos Orientales de Venezuela está siendo reemplazada por plantaciones de Pinus caribaea var. hondurensis; sin embargo, hasta ahora existe escasa información sobre el impacto de este manejo del suelo sobre los parámetros indicadores de la dinámica del carbono en el suelo. El objetivo de esta investigación fue determinar el efecto de la variabilidad temporal y la sustitución sobre el contenido de carbono orgánico total (COT), carbono hidrosoluble (CHS), carbono microbiano (Cmic), respiración basal (RB), cociente metabólico microbiano (qCO2) y la relación Cmic/Corg. Las propiedades químicas y parámetros biológicos seleccionados fueron determinados en plantaciones de P. caribaea de 3 y 29 años de edad y en una sabana nativa adyacente a estas plantaciones, la cual fue considerada como control. En cada sitio de muestreo recolectamos nueve muestras compuestas (0-10 cm de profundidad). Los parámetros estudiados no mostraron un patrón definido in relación a la variabilidad temporal. Hay mayor preservación del carbono dentro de la biomasa microbiana presente en suelos de Uverito en plantaciones de pinos. La tasa de respiración basal y el cociente metabólico indican que en estos suelos existe una comunidad microbiana poco activa, la cual es más eficiente en la utilización del carbono en las plantaciones de pino. La relación Cmic/Corg indica que en las plantaciones la biomasa microbiana constituye una importante reserva del carbono en el suelo. La sabana nativa a plantaciones de pino caribeño en estos suelos puede ser considerada un manejo efectivo para incrementar la calidad del suelo en los llanos orientales de Venezuela, siempre y cuando se tome en cuenta la importancia ecológica de las sabanas.