Litterfall and nutrient transfer dynamics in a successional gradient of tropical dry forest in Colombia / Dinámica de la hojarasca y transferencia de nutrientes en un gradiente sucesional de bosque seco tropical en Colombia

Introduction: The litterfall production, foliar nutrient dynamics and decomposition are essential to maintain nutrient cycling, soil fertility, and carbon regulation in terrestrial ecosystems. With several studies addressing the variation of these processes, their dynamics in tropical dry forests (TDFs) remain unclear, due to its complex interaction of biotic and abiotic factors. Objective: To evaluate litterfall, nutrient potential return and use efficiency, and decomposition variation in a TDF successional gradient in Tolima, Colombia. Methods: We quantified litterfall from November 2017 to October 2019 in 12 plots distributed in four successional stages: initial, early, intermediate, and late forests. We identified key tree species in foliar litter production and characterized the foliar decomposition of these species. At the community level, we quantified the C, N and P potential return, the N and P use efficiency, and the C:N and N:P ratio. Subsequently, we analyze relationships between vegetation characteristics and some soil chemical properties with these ecological processes. Results: We found that total litterfall in late forests (8.46 Mg ha-1 y-1) was double that found in initial forests (4.45 Mg ha-1 y-1). Decomposition was higher in initial (k = 1.28) compared to intermediate (k = 0.97) and late forests (k = 0.87). The nutrient potential return didn't change along succession, but it did show differences between study sites. The structural development and species richness favored litterfall, while soil chemical conditions influenced nutrient returns and decomposition. Conclusions: TDFs could recover key ecosystem function related to litterfall and nutrient dynamics after disturbances cessation; however, the soil quality is fundamental in return and release of nutrients.

Introducción: La producción de hojarasca, la dinámica de nutrientes foliares y la descomposición son esenciales para mantener el ciclo de nutrientes, la fertilidad del suelo y la regulación del carbono en ecosistemas terrestres. Con diversos estudios que abordan estos procesos, su variación en los bosques secos tropicales (BSTs) permanece incierta, por su compleja interacción de factores bióticos y abióticos. Objetivo: Evaluar la caída de hojarasca, el retorno potencial de nutrientes y eficiencia de uso, y la variación en descomposición en un gradiente sucesional de un BST en Tolima, Colombia. Métodos: Cuantificamos la caída de hojarasca entre noviembre 2017 y octubre 2019 en 12 parcelas distribuidas en cuatro estados sucesionales: bosque inicial, temprano, intermedio y tardío. Identificamos las especies arbóreas clave en la producción de hojarasca y caracterizamos la descomposición foliar de estas especies. A nivel comunitario, cuantificamos el retorno potencial de C, N y P, la eficiencia de uso de N y P y la relación C:N y N:P. Posteriormente, analizamos las relaciones entre las características de la vegetación y algunas propiedades químicas del suelo con estos procesos ecológicos. Resultados: Encontramos que la caída total de hojarasca en los bosques tardíos (8.46 Mg ha-1 año-1) fue el doble de la hallada en bosques iniciales (4.45 Mg ha-1 año-1). La descomposición fue mayor en bosques iniciales (k = 1.28) en comparación con bosques intermedios (k = 0.97) y tardíos (k = 0.87). El retorno potencial de nutrientes no cambió con el avance de la sucesión vegetal, pero exhibió diferencias entre los sitios de estudio. El desarrollo estructural y la riqueza de especies favorecieron la caída de hojarasca, mientras que las condiciones químicas del suelo influyeron en el retorno de nutrientes y descomposición. Conclusiones: Los BSTs tienen la capacidad de recuperar la función ecosistémica de aporte de hojarasca fina, retorno y liberación de nutrientes después del cese de alteraciones antrópicas; sin embargo, la calidad del suelo es fundamental en el retorno y liberación de nutrientes.

Climate change in Brazil: perspective on the biogeochemistry of inland waters / Mudanças climáticas no Brasil: perspectiva sobre a biogeoquímica de águas interiores

Although only a small amount of the Earth's water exists as continental surface water bodies, this compartment plays an important role in the biogeochemical cycles connecting the land to the atmosphere. The territory of Brazil encompasses a dense river net and enormous number of shallow lakes. Human actions have been heavily influenced by the inland waters across the country. Both biodiversity and processes in the water are strongly driven by seasonal fluvial forces and/or precipitation. These macro drivers are sensitive to climate changes. In addition to their crucial importance to humans, inland waters are extremely rich ecosystems, harboring high biodiversity, promoting landscape equilibrium (connecting ecosystems, maintaining animal and plant flows in the landscape, and transferring mass, nutrients and inocula), and controlling regional climates through hydrological-cycle feedback. In this contribution, we describe the aquatic ecological responses to climate change in a conceptual perspective, and we then analyze the possible climate-change scenarios in different regions in Brazil. We also indentify some potential biogeochemical signals in running waters, natural lakes and man-made impoundments. The possible future changes in climate and aquatic ecosystems in Brazil are highly uncertain. Inland waters are pressured by local environmental changes because of land uses, landscape fragmentation, damming and diversion of water bodies, urbanization, wastewater load, and level of pollutants can alter biogeochemical patterns in inland waters over a shorter term than can climate changes. In fact, many intense environmental changes may enhance the effects of changes in climate. Therefore, the maintenance of key elements within the landscape and avoiding extreme perturbation in the systems are urgent to maintain the sustainability of Brazilian inland waters, in order to prevent more catastrophic future events.

Embora apenas uma pequena quantidade de água da Terra esteja reservada em corpos d'água da superfície continental, esses ambientes desempenham papel importante nos ciclos biogeoquímicos, conectando a superfície à atmosfera. O território brasileiro é recortado por uma densa rede fluvial e exibe um enorme número de lagos rasos. Impactos de natureza humana têm sido intensos modificadores de ecossistemas límnicos. A biodiversidade e os processos ecossistêmicos são fortemente modulados por forças sazonais fluvial e/ou precipitação. Essas macroforçantes ecológicas respondem às mudanças climáticas. As águas interiores são ecossistemas com elevada biodiversidade, promovem transferências de energia dentro da paisagem, conectando os ecossistemas, e atuam na manutenção de fluxos de matérias - animais, vegetais, nutrientes e inóculos. Esses ecossistemas controlam o clima numa escala regional. Neste capítulo, são descritas algumas respostas dos ecossistemas aquáticos às alterações climáticas, tanto conceitualmente como analisando os possíveis cenários de mudanças climáticas em diferentes regiões no Brasil. Potenciais sinais biogeoquímicos em diferentes ecossistemas límnicos brasileiros foram identificados. Os ecossistemas límnicos são pressionados pelas atividades do uso do solo, pela fragmentação da paisagem, pelo represamento e pelo desvio de rios, pela urbanização, pela carga de águas residuais e do nível de poluentes. Essas ações perturbadoras podem alterar os padrões biogeoquímicos nas águas interiores numa escala temporal mais curta quando comparada às mudanças climáticas. A manutenção da sustentabilidade das ecossistemas aquáticos brasileiros é urgente de modo a prevenir futuros eventos catastróficos.

Climate change in Brazil: perspective on the biogeochemistry of inland waters

Although only a small amount of the Earth's water exists as continental surface water bodies, this compartment plays an important role in the biogeochemical cycles connecting the land to the atmosphere. The territory of Brazil encompasses a dense river net and enormous number of shallow lakes. Human actions have been heavily influenced by the inland waters across the country. Both biodiversity and processes in the water are strongly driven by seasonal fluvial forces and/or precipitation. These macro drivers are sensitive to climate changes. In addition to their crucial importance to humans, inland waters are extremely rich ecosystems, harboring high biodiversity, promoting landscape equilibrium (connecting ecosystems, maintaining animal and plant flows in the landscape, and transferring mass, nutrients and inocula), and controlling regional climates through hydrological-cycle feedback. In this contribution, we describe the aquatic ecological responses to climate change in a conceptual perspective, and we then analyze the possible climate-change scenarios in different regions in Brazil. We also indentify some potential biogeochemical signals in running waters, natural lakes and man-made impoundments. The possible future changes in climate and aquatic ecosystems in Brazil are highly uncertain. Inland waters are pressured by local environmental changes because of land uses, landscape fragmentation, damming and diversion of water bodies, urbanization, wastewater load, and level of pollutants can alter biogeochemical patterns in inland waters over a shorter term than can climate changes. In fact, many intense environmental changes may enhance the effects of changes in climate. Therefore, the maintenance of key elements within the landscape and avoiding extreme perturbation in the systems are urgent to maintain the sustainability of Brazilian inland waters, in order to prevent more catastrophic future events.

Embora apenas uma pequena quantidade de água da Terra esteja reservada em corpos d'água da superfície continental, esses ambientes desempenham papel importante nos ciclos biogeoquímicos, conectando a superfície à atmosfera. O território brasileiro é recortado por uma densa rede fluvial e exibe um enorme número de lagos rasos. Impactos de natureza humana têm sido intensos modificadores de ecossistemas límnicos. A biodiversidade e os processos ecossistêmicos são fortemente modulados por forças sazonais fluvial e/ou precipitação. Essas macroforçantes ecológicas respondem às mudanças climáticas. As águas interiores são ecossistemas com elevada biodiversidade, promovem transferências de energia dentro da paisagem, conectando os ecossistemas, e atuam na manutenção de fluxos de matérias - animais, vegetais, nutrientes e inóculos. Esses ecossistemas controlam o clima numa escala regional. Neste capítulo, são descritas algumas respostas dos ecossistemas aquáticos às alterações climáticas, tanto conceitualmente como analisando os possíveis cenários de mudanças climáticas em diferentes regiões no Brasil. Potenciais sinais biogeoquímicos em diferentes ecossistemas límnicos brasileiros foram identificados. Os ecossistemas límnicos são pressionados pelas atividades do uso do solo, pela fragmentação da paisagem, pelo represamento e pelo desvio de rios, pela urbanização, pela carga de águas residuais e do nível de poluentes. Essas ações perturbadoras podem alterar os padrões biogeoquímicos nas águas interiores numa escala temporal mais curta quando comparada às mudanças climáticas. A manutenção da sustentabilidade das ecossistemas aquáticos brasileiros é urgente de modo a prevenir futuros eventos catastróficos.