Funcionamiento y dinámica de bosques tropicales mediante la aplicación de un enfoque taxonómico y funcional

Abstract

Els boscos tropicals tenen una alta diversitat biològica i proveeixen nombrosos serveis ecosistèmics. Tot i això, després de les alteracions recurrents del paisatge, es formen nous filtres ambientals que poden modificar la composició d'espècies i els serveis ambientals que proveeixen l'ecosistema. Millorar el nostre coneixement sobre la composició i la configuració de la matriu d'aquests paisatges fragmentats és crucial per comprendre com les espècies interactuen amb el seu entorn i s'adapten a diferents condicions ambientals, així com per maximitzar l'emmagatzematge de carboni forestal i l'eventual recuperació de molts tàxons. L'objectiu d'aquesta tesi és analitzar com factors biòtics i abiòtics influeixen en l'estructura i la diversitat de plantes, així com en l'emmagatzematge de carboni a la biomassa i el sòl en boscos neotropicals fragmentats. A més, s'avalua com la variabilitat intraespecífica de trets funcionals i la plasticitat fenotípica, es pot fer servir per seleccionar plàntules amb fins de restauració. En els capítols inicials, utilitzo dades d'inventaris forestals per caracteritzar l'estructura, la diversitat i el valor de conservació dels boscos secs tropicals altament fragmentats. Els resultats indiquen que els fragments de bosc avaluats encara conserven un grau ampli i valuós de diversitat, i són representatius d'altres boscos tropicals secs més ben conservats. Els boscos secundaris i corredors riberencs van ser els tipus de bosc més diversos a tot arreu avaluats. També s'observa que les lleguminoses dominen la majoria dels llocs avaluats, cosa que és característica de les etapes inicials i intermèdies de successió als boscos secs neotropicals. A continuació, s'examina la relació entre la diversitat, el clima i les propietats del sòl, a la dinàmica del carboni dels boscos neotropicals. Els resultats mostren que els boscos neotropicals mantenen una notable diversitat d'espècies i grans reserves de carboni, tant a la biomassa com a terra. El carboni de la biomassa està estretament relacionat amb la riquesa d'espècies, l'àrea basal i les variables bioclimàtiques, mentre que el carboni orgànic del terra està fort i positivament correlacionat amb les propietats químiques del terra, l'elevació i la precipitació, però negativament amb la temperatura. No obstant això, no es va observar una relació directa entre el carboni a la biomassa i el carboni del sòl. En els capítols següents, s'analitza com la variabilitat intraespecífica de trets en plàntules respon a la disponibilitat de recursos, la pressió d'herbívors i l'addició de biochar al terra per millorar la restauració de boscos secs. La major part de la variabilitat en els patrons d'assignació va ser deguda a diferències entre espècies. Trets individuals com l'alçada, proporció de massa seca de tija, arrel i fulla van resultar ser predictors fiables del creixement de les plàntules. L'aplicació de biochar durant la fase de viver té un efecte positiu sobre els trets morfològics relacionats amb el guany de carboni, la tolerància fisiològica a la sequera, augmentant també la clorofil·la i l'àrea foliar específica a totes les espècies. No es van observar efectes negatius del biochar en la supervivència o el creixement, fins i tot en dosis elevades, cosa que suggereix que es pot incorporar amb seguretat a programes de restauració a gran escala. En conclusió, aquesta tesi demostra que els boscos neotropicals no només allotgen una notable biodiversitat, sinó també grans reserves de carboni a la biomassa i el sòl, cosa que subratlla la importància de la seva conservació per mitigar el canvi climàtic i evitar la pèrdua de biodiversitat. A més, la variabilitat intraespecífica de trets i la plasticitat fenotípica es poden aprofitar per millorar els programes de restauració, seleccionant plàntules amb trets específics adaptats a les condicions locals i els objectius del projecte.

Los bosques tropicales albergan una alta diversidad biológica y proveen numerosos servicios ecosistémicos. Sin embargo, tras las alteraciones recurrentes del paisaje, se forman nuevos filtros ambientales que pueden modificar la composición de especies y los servicios ambientales que proveen al ecosistema. Mejorar nuestro conocimiento sobre la composición y configuración de la matriz de estos paisajes fragmentados es crucial para comprender cómo las especies interactúan con su entorno y se adaptan a diferentes condiciones ambientales, así como para maximizar el almacenamiento de carbono forestal y la eventual recuperación de muchos taxones. El objetivo de esta tesis es analizar cómo factores bióticos y abióticos influyen en la estructura y diversidad de plantas, así como en el almacenamiento de carbono en la biomasa y el suelo en bosques neotropicales fragmentados. Además, se evalúa cómo la variabilidad intraespecífica de rasgos funcionales y la plasticidad fenotípica, puede usarse para seleccionar plántulas con fines de restauración. En los capítulos iniciales, utilizo datos de inventarios forestales para caracterizar la estructura, diversidad y valor de conservación de los bosques secos tropicales altamente fragmentados. Los resultados indican que los fragmentos de bosque evaluados aún conservan un amplio y valioso grado de diversidad, y son representativos de otros bosques tropicales secos mejor conservados. Los bosques secundarios y corredores ribereños fueron los tipos de bosque más diversos en todos los lugares evaluados. También se observa que las leguminosas dominan la mayoría de los sitios evaluados, lo que es característico de las etapas iniciales e intermedias de sucesión en los bosques secos neotropicales. A continuación, se examina la relación entre la diversidad, el clima y las propiedades del suelo, en la dinámica del carbono de los bosques neotropicales. Los resultados muestran que los bosques neotropicales mantienen una notable diversidad de especies y grandes reservas de carbono, tanto en la biomasa como en el suelo. El carbono de la biomasa está estrechamente relacionado con la riqueza de especies, el área basal y las variables bioclimáticas, mientras que el carbono orgánico del suelo esta fuerte y positivamente correlacionado con las propiedades químicas del suelo, la elevación y la precipitación, pero negativamente con la temperatura. Sin embargo, no se observó una relación directa entre el carbono en la biomasa y el carbono del suelo. En los capítulos siguientes, se analiza cómo la variabilidad intraespecífica de rasgos en plántulas responde a la disponibilidad de recursos, la presión de herbívoros y la adición de biochar al suelo para mejorar la restauración de bosques secos. La mayor parte de la variabilidad en los patrones de asignación se debió a diferencias entre especies. Rasgos individuales como la altura, proporción de masa seca de tallo, raíz y hoja resultaron ser predictores fiables del crecimiento de las plántulas. La aplicación de biochar durante la fase de vivero, tiene un efecto positivo sobre los rasgos morfológicos relacionados con la ganancia de carbono, la tolerancia fisiológica a la sequía, aumentando también la clorofila y el área foliar específica en todas las especies. No se observaron efectos negativos del biochar en la supervivencia o el crecimiento, incluso en dosis elevadas, lo que sugiere que puede incorporarse con seguridad a programas de restauración a gran escala. En conclusión, esta tesis demuestra que los bosques neotropicales no solo albergan una notable biodiversidad, sino también grandes reservas de carbono en la biomasa y el suelo, lo que subraya la importancia de su conservación para mitigar el cambio climático y evitar la pérdida de biodiversidad. Además, la variabilidad intraespecífica de rasgos y la plasticidad fenotípica pueden aprovecharse para mejorar los programas de restauración, seleccionando plántulas con rasgos específicos adaptados a las condiciones locales y los objetivos del proyecto.

Tropical forests harbor high biological diversity and provide numerous ecosystem services. However, following recurrent landscape alterations, new environmental filters are formed that can modify species composition and the environmental services they provide to the ecosystem. Improving our knowledge of the composition and configuration of the matrix of these fragmented landscapes is crucial to understand how species interact with their environment and adapt to different environmental conditions, as well as to maximize forest carbon storage and the eventual recovery of many taxa. The objective of this thesis is to analyze how biotic and abiotic factors influence plant structure and diversity, as well as carbon storage in biomass and soil in fragmented Neotropical forests. In addition, I evaluate how intraspecific variability of functional traits and phenotypic plasticity can be used to select seedlings for restoration purposes. In the initial chapters, I use forest inventory data to characterize the structure, diversity, and conservation value of highly fragmented tropical dry forests. The results indicate that the assessed forest fragments still retain a wide and valuable degree of diversity, and are representative of other better preserved dry tropical forests. Secondary forests and riparian corridors were the most diverse forest types in all assessed sites. It is also observed that legumes dominate most of the assessed sites, which is characteristic of the initial and intermediate stages of succession in Neotropical dry forests. The relationship between diversity, climate and soil properties in the carbon dynamics of Neotropical forests is then examined. The results show that Neotropical forests maintain a remarkable diversity of species and large carbon reserves, both in biomass and soil. Biomass carbon is closely related to species richness, basal area and bioclimatic variables, while soil organic carbon is strongly and positively correlated with soil chemical properties, elevation and precipitation, but negatively with temperature. However, a direct relationship between biomass carbon and soil carbon was not observed. In the following chapters, we discuss how intraspecific trait variability in seedlings responds to resource availability, herbivore pressure, and the addition of biochar to soil to enhance dry forest restoration. Most of the variability in allocation patterns was due to differences among species. Individual traits such as height, stem, root, and leaf dry mass ratios were found to be reliable predictors of seedling growth. Biochar application during the nursery phase had a positive effect on morphological traits related to carbon gain, physiological tolerance to drought, and also increased chlorophyll and specific leaf area in all species. No negative effects of biochar on survival or growth were observed, even at high doses, suggesting that it can be safely incorporated into large-scale restoration programs. In conclusion, this thesis demonstrates that Neotropical forests not only host remarkable biodiversity but also large carbon reserves in biomass and soil, underlining the importance of their conservation to mitigate climate change and prevent biodiversity loss. Furthermore, intraspecific trait variability and phenotypic plasticity can be leveraged to improve restoration programs, by selecting seedlings with specific traits adapted to local conditions and project objectives.