Litter decomposition and nutrient release dynamics of leaves and roots of the babassu palm in eastern Amazonia

The ruderal babassu palm (Attalea speciosa) is expanding on large areas of degraded Amazon landscapes. Decomposition of leaves and roots is in the center of plant:soil interactions. We evaluated decomposition and nutrient concentrations of leaves and fine roots of babassu in comparison with two exotic reference species, Acacia mangium (slow degradability) and Leucaena leucocephala (fast degradability), in a 138-day litterbag assay carried out in secondary forest stands of different age and babassu abundance. We chose 4-mm over 2-mm mesh litterbags based on a pilot study. Babassu leaves degraded slower than leaves of A. mangium and L. leucocephala, and also had lower nitrogen, phosphorus and calcium concentrations in all stages of decomposition. By contrast, potassium concentrations in babassu leaves were higher than in both reference species at 0 and 50 days. Roots of all three species decomposed slower than leaves. Compared to the leaves, both biomass loss and nutrient concentrations differed less between babassu and reference-species roots, except for lower nitrogen concentration in babassu roots. Leaf-litter decomposition of all three species was significantly faster in old than in young secondary forest, suggesting an acceleration of decomposition along succession. Babassu leaves decomposed faster in old babassu-dominated than non-dominated secondary forest, pointing to the existence of specialized decomposer communities in babassu-dominated stands. (AU)

Arbuscular mycorrhizal fungi associated with the babassu palm (Attalea speciosa) in the eastern periphery of Amazonia, Brazil / Fungos micorrízicos arbusculares associados com a palmeira babaçu (Attalea speciosa) na periferia leste da Amazônia, Brasil

Babassu, Attalea speciosa (Arecaceae) is a ruderal palm native to Amazonia, which turned dominant in frequently burned lands throughout the arc of deforestation and other degraded lands, in extreme cases attaining complete dominance. This study investigated arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) as one possible explanation for the outstanding ecological success of this exceptional palm. We explored the relationships between the babassu palm and native arbuscular mycorrhizal fungi and babassu effects on the AMF richness and mycorrhizal inoculum potential (MIP) in the eastern periphery of Amazonia. For this purpose, we sampled topsoil (0-20 cm) at the onset of the rainy season from a 5-year-old secondary forest regrowth (SEC) area with three levels of babassu dominance (sites with 10, 50 and 70% babassu biomass shares), and at three distances (0, 2.5 and 4 m) from isolated babassu patches within a degraded pasture (PAS), both with five replications per treatment. Glomerospore density varied from 100 to 302 per gram of soil, 56% higher in SEC than PAS. We identified a total of 16 AMF species, with dominance of Acaulospora (six species) followed by Glomus (three species). AMF richness increased with babassu dominance in SEC sites, and reduced with distance from babassu patches within the PAS. The colonization rate of babassu roots was higher in SEC than in PAS, whereas MIP was similar in both areas and without treatment differences. Our study points to strong mycorrhizal association of the babassu palm as a potential mechanism for its outstanding ecological success in degraded lands.

Babaçu, Attalea speciosa (Arecaceae) é uma palmeira ruderal nativa da Amazônia, dominante em terras frequentemente queimadas ao longo do arco de desmatamento e outras áreas degradadas, em casos extremos atingindo domínio completo. Este estudo investigou os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) como possível explicação do sucesso ecológico desta palmeira. Nós exploramos as relações entre o babaçu e glomerosporos, efeitos do babaçu na riqueza destes fungos e o potencial do inóculo micorrízico (PIM) na periferia oriental da Amazônia. Amostras de solo (0-20 cm) foram coletadas no início da estação chuvosa em uma área de floresta secundária (SEC) de cinco anos de idade e três níveis de dominância do babaçu (10, 50 e 70% de biomassa de babaçu) e a três distâncias (0; 2,5 e 4 m) de ilhas de babaçu isoladas em uma pastagem degradada (PAS), ambas com cinco repetições por tratamento. A densidade de esporos de FMA variou de 100 a 302 por grama de solo, sendo 56% maior em SEC do que em PAS. Dezesseis espécies de FMA foram identificadas, com predominância de Acaulospora (seis espécies) seguidos do gênero Glomus (três espécies). A riqueza destes fungos aumentou com o domínio da palmeira em SEC e reduziu com a distância das ilhas de babaçu em PAS. A taxa de colonização das raízes de babaçu foi superior nas áreas de SEC enquanto o PIM não apresentou diferenças entre os tratamentos. Nosso estudo aponta a uma forte associação micorrhízica da palmeira babaçu, um possível mecanismo central no seu sucesso ecológico em áreas degradadas.

Efecto de la riqueza de especies y estructura de la vegetación en el almacenamiento de carbono en sistemas agroforestales de la Amazonía, Bolivia / Effect of species richness and vegetation structure on carbon storage in agroforestry systems in the Southern Amazon of Bolivia

Resumen Los sistemas agroforestales diversos concilian la producción de alimentos, la conservación de la biodiversidad y la provisión de servicios ecosistémicos como el secuestro de carbono atmosférico. Sin embargo, el papel de la riqueza florística sobre la producción de carbono en la biomasa de estos sistemas no está claro. Este estudio evaluó el efecto de la riqueza de especies y la estructura de la vegetación sobre el carbono en la biomasa de diferentes sistemas agroforestales, en la Amazonía Sur de Bolivia. Para eso, fueron estudiados 25 sistemas agroforestales y 4 bosques secundarios, en los departamentos de Santa Cruz y Beni. En cada sistema se instalaron parcelas circulares de 1 963 m2, donde la vegetación (árboles, arbustos y herbáceas) y necromasa (hojarasca, ramas y árboles muertos) fueron muestreados. Se utilizó funciones lineales y logarítmicas para evaluar el efecto de la riqueza y estructura de la vegetación sobre el carbono; y la partición de la varianza para examinar el efecto puro y compartido de las variables riqueza y estructura. Las regresiones mostraron una relación positiva fuerte de la riqueza de especies sobre el carbono de la biomasa (r2 = 0.74; P < 0.001). En la partición de la varianza, el 85.7 % de la variabilidad del carbono fue explicada por la riqueza, estructura y variación de la estructura. De forma aislada, la riqueza explicó el 12.7 %, la estructura el 8.8 % y la variación de la estructura el 4.8 %. Estos resultados confirman que el carbono en la biomasa sobre el suelo aumenta con la riqueza de especies y la variación estructural de la vegetación. Por lo tanto, sistemas agroforestales más biodiversos y estratificados son más eficientes en el uso de los recursos y pueden contribuir con la mitigación del cambio climático.(AU)

Abstract Diverse agroforestry systems conciliate food production, biodiversity conservation, and the provision of ecosystem services as atmospheric carbon sequestration. However, the role of floristic richness in the production of biomass in these systems is not clear. This study evaluated the effect of species richness and vegetation structure on aboveground biomass carbon in different agroforestry systems in the Southern Amazon of Bolivia. For that, 25 agroforestry systems and 4 secondary forests were studied in the departments of Santa Cruz and Beni. In each system, a 1 963 m2 circular plot was installed, where the vegetation (trees, shrubs and herbaceous) and necromass (leaf litter, branches and dead trees) were sampled. Linear and logarithmic functions were used to evaluate the effect of vegetation richness and structure on carbon, and the variance partition was used to examine the pure and shared effect of the richness and vegetation structure variables on carbon. Regressions showed a positive strong relationship between species richness and carbon (r2 = 0.74; P < 0.001). The partition of carbon variance showed that richness, structure and variation of the structure explained 85.7 %. Alone the richness explained 12.7 %, the structure 8.8 % and the variation of the structure 4.8 %. These results confirm that carbon in the aboveground biomass increases with species richness and structural variation of the vegetation. Therefore, more biodiverse and stratified agroforestry systems are more efficient in the use of resources and can contribute to climate change mitigation.(AU)

Allometry of the babassu palm growing on a slash-and-burn agroecosystem of the eastern periphery of Amazonia / Allometria da palmeira babaçu em um agroecossistema de derruba-e-queima na periferia este da Amazônia

Babassu (Attalea speciosa C.Martius, Arecaceae) is a palm with extraordinary socioeconomic and ecologic importance in large areas of tropical Brazil, especially in frequently burned and degraded landscapes. Nevertheless, surprisingly little is known about this keystone species. This paper investigates the allometry of babassu, in order to improve understanding on palm architecture and to provide researchers with an efficient tool for aboveground biomass estimation of juvenile and adult palms. Juvenile leaf biomass can be accurately predicted with the easily measurable minimum diameter of rachis at 30 cm extension. Adult palm biomass can be estimated based on woody stem height, a variable fairly easily measurable on-field. Leaf biomass of adult palms was highly variable, averaged 31.7 percent of aboveground biomass and can be estimated only indirectly through the relationships between wood:leaf-ratio and total aboveground biomass. Carbon contents varied little in the babassu palm, without size- or growth-stage related differences, suggesting the general applicability of values (42.5 percent C for stems, 39.8 percent C for leaves). As a consequence of the limited secondary diameter growth inherent to palms, stem diameter of adult palms is unrelated to palm height and biomass. Stem tapering decreases with increasing palm height. This is partially compensated by increasing wood density in near cylindrical stems. Nevertheless, maximum babassu palm height of about 30 meters appears to be dictated by mechanical stability constraints. All allometric relationships of babassu described in this study are not affected by vegetation stand age, indicating the general applicability of these relationships.

A palmeira babaçu (Attalea speciosa C.Martius, Arecaceae) tem grande importância socioeconômica e ecológica em grande parte da área tropical brasileira, especialmente em áreas degradadas por queimadas freqüentes na Amazônia. No entanto, ainda pouco se sabe sobre as características ecológicas desta espécie-chave. Este estudo investiga a alometria do babaçu com o objetivo de estabelecer uma metodologia eficiente na estimativa da biomassa aérea de palmeiras juvenis e adultas e para um melhor entendimento da sua arquitetura. A biomassa de palmeiras juvenis pode ser estimada facilmente e com precisão com o diâmetro mínimo das ráquis das folhas a 30 cm de extensão. A biomassa de palmeiras adultas pode ser estimada com base na altura do tronco lenhoso, também relativamente de fácil medição em campo. A biomassa foliar das palmeiras adultas foi em media 31,7 por cento da biomassa aérea, porém houve uma alta variação e, portanto, somente pode ser estimada indiretamente através da relação entre a razão madeira:folha e biomassa aérea total. Os teores de carbono no babaçu apresentaram baixa variação, sem diferenças sistemáticas em relação ao tamanho ou estágio de crescimento, o que aponta à aplicabilidade geral dos valores 42.5 por cento C para troncos, 39.8 por cento C para folhas. Em conseqüência do limitado crescimento secundário do diâmetro inerente de palmeiras, não houve relação do diâmetro de tronco com a altura e a biomassa das palmeiras adultas. Observou-se que o afilamento do caule diminui com o aumento da altura das palmeiras, o que é parcialmente compensado pelo incremento da densidade de madeira em troncos quase-cilíndricos. No entanto, a altura máxima do babaçu, de cerca de 30 metros, aparentemente está definida por limitações na estabilidade mecânica. Todas as relações alométricas aqui descritas são independentes da idade da vegetação, indicando a aplicabilidade geral das relações encontradas.

Close relationship between diameters at 30cm height and at breast height (DBH)

This paper proposes the establishment of a second diameter measuring standard at 30cm shoot extension ('diam30') as input variable for allometric biomass estimation of small and mid-sized plant shoots. This diameter standard is better suited than the diameter at breast height (DBH, i.e. diameter at 1.30m shoot extension) for adequate characterization of plant dimensions in low bushy vegetation or in primary forest undergrowth. The relationships between both diameter standards are established based on a dataset of 8645 tree, liana and palm shoots in secondary and primary forests of central Amazonia (ranging from 1-150mm dbh). Dbh can be predicted from the diam(30) with high precision, the error introduced by diameter transformation is only 2-3 percent for trees and palms, and 5 percent for lianas. This is well acceptable for most field study purposes. Relationships deviate slightly from linearity and differ between growth forms. Relationships were markedly similar for different vegetation types (low secondary regrowth vs. primary forests), soils, and selected genera or species. This points to a general validity and applicability of diameter transformations for other field studies. This study provides researchers with a tool for the allometric estimation of biomass in low or structurally heterogeneous vegetation. Rather than applying a uniform diameter standard, the measuring position which best represents the respective plant can be decided on shoot-by-shoot. Plant diameters measured at 30cm height can be transformed to dbh for subsequent allometric biomass estimation. We recommend the use of these diameter transformations only for plants extending well beyond the theoretical minimum shoot length (i.e., >2m height). This study also prepares the ground for the comparability and compatability of future allometric equations specifically developed for small- to mid-sized vegetation components (i.e., bushes, undergrowth) which are based on...

Este estudo propõe o estabelecimento de um segundo padrão de medição de diâmetro a 30 cm de extensão do tronco ('diam30') para a estimativa alométrica da biomassa de plantas de pequeno até médio porte. Considera-se este padrão de diâmetro mais adequado do que o diâmetro à altura do peito ('DAP', a 1,30m de extensão do tronco) para a caracterização das dimensões de plantas em vegetação baixa ou no sub-bosque da mata primária. O presente trabalho investiga as relações entre os dois padrões de diâmetro, baseado em 8645 troncos de árvores, cipós e palmeiras arbóreas (com diâmetros entre 1 e 150mm DAP) em capoeiras e mata primária da Amazônia Central. Conclui-se que se pode estimar o DAP do diam30 com alta precisão, o erro causado pela transformação dos diâmetros é somente 2-3 por cento para árvores e palmeiras e 5 por cento para os cipós, níveis bem aceitáveis para a maioria dos estudos de campo. As relações entre os diâmetros desviaram levemente da linearidade e são diferentes para os três hábitos de crescimento. No entanto, as equações são bastante similares entre os diferentes tipos de vegetação (capoeira baixa vs. mata primária), solos e gêneros ou espécies, indicando sua aplicabilidade e validade geral para outros estudos de campo. Esse trabalho fornece ao pesquisador de campo uma ferramenta para a estimativa alométrica da biomassa de vegetação baixa ou estruturalmente heterogênea. Em vez de utilizar um único padrão uniforme de diâmetro pode-se escolher livremente e individualmente qual posição de diâmetro melhor representa cada tronco. Os diâmetros a 30 cm de extensão do tronco podem ser transformados para o dap para uma subseqüente estimação alométrica da sua biomassa. Recomenda-se o uso destas transformações de diâmetros somente acima de uma extensão mínima do tronco (>2m de altura). Os resultados do presente trabalho também preparam a base para a comparabilidade e compatibilidade de futuras equações alométricas baseadas no diam(30)...