Understanding the role of Pinus cembroides and Quercus potosina in water and nutrient dynamics in a semi-arid forest ecosystem of central-northwest Mexico applying the functional matrix approach.

Abstract

"Cada especie presente en los ecosistemas posee características específicas a través de las cuales interactúa con el ambiente, influyendo simultáneamente en varios procesos funcionales del ecosistema. La teoría de la matriz funcional permite entender el efecto de estas características de las especies en varios procesos de los ecosistemas así como entender cual es la aportación de cada especie individual cuando se encuentran coexistiendo con otras especies. Este trabajo evalúo el papel de Pinus cembroides y Quercus potosina en la dinámica hidrológica y nutrimental de un ecosistema forestal semiárido del centro-noroeste de México aplicando la teoría de la matriz funcional. Este estudio fue llevado a cabo en el periodo que comprende entre junio del 2006 a noviembre del 2008. El estudio se realizó en tres tipos de rodal seleccionados en un bosque semiárido y que incluyeron: rodales monoespecíficos de Q. potosina, rodales monoespecíficos de P. cembroides y rodales mixtos de pino-encino. Derivado de este estudio, se encontró que la matriz funcional que resulta de las características inherentes en morfología, fisiología y composición química de ambas especies generó diferentes efectos en la redistribución del agua de lluvia (escurrimiento foliar, escurrimiento fustal y escurrimiento superficial), así como en el reciclamiento de nutrientes que ocurre a través de la producción de hojarasca y descomposición del mantillo. Este efecto, sin embargo, es modificado cuando las especies dominantes se encuentran en rodales monoespecíficos y/o mixtos. Así, la apertura del dosel, el diámetro del tronco, la capacidad de retención de agua por el mantillo y su volumen, fueron rasgos inherentes que controlaron los flujos de las diferentes fracciones del agua de lluvia dentro de cada rodal. Paralelamente, la cantidad de agua en cada evento de lluvia también jugo un papel importante en el desencadenamiento de algunos de los procesos hidrológicos. En otros aspectos, los tipos de rodal fueron diferentes en la producción de hojarasca y en la cantidad de nutrientes que recircularon a través de la hojarasca."

"The species present in ecosystems have specific traits through which they interact with the environment, influencing simultaneously in several ecosystem processes. The functional matrix approach contributes to understanding the multiple effects of these species characteristics on several ecosystem processes simultaneously as well as to understanding the contribution of each single species when it occurs alone and when it co-occurs with other species. This work evaluated the role of Pinus cembroides Zucc. and Quercus potosina Trel. in water and nutrient dynamics in a semi-arid forest ecosystem of central-northwest Mexico applying the functional matrix approach. This study was carried out in the period from June 2006 to November 2008 considering three different stand types which included: monospecific stands of Q. potosina; monospecific stands of P. cembroides and mixed oak-pine stands. Derived from this study, the functional matrix that results from inherent traits in morphology, physiology and chemical composition of each species generated different effects in rainfall redistribution (throughfall, stemflow, and runoff), as well as in the nutrient recycling that occurs through litterfall production and litter decomposition. This effect, however, is modified when the dominant species occur in monospecific or mixed stands. Thus, the openness of the canopy, stem diameter, litter water content and litter volume were inherent traits that controlled the flux of different fractions of rainfall within each stand. At the same time, the size of rainfall event also played an important role in triggering some hydrological processes. In other aspects, the stand types were different in litterfall production and in nutrient cycling. The present study highlights the following aspects: the importance of extreme events in the nutrient cycling through green leaves in the litterfall, with respect to the species of slow decomposition like P. cembroides., These processes did not follow the expected mechanisms when they were incubated with Q. potosina leaf litter. In addition, the mass loss rate of litter of the faster decomposing species (Q. potosina) was stimulated in the mixture during the first stage of decomposition. Finally, another important result of this work was related to the layer of the forest floor surface, which had an important control over transfer and exchange of nutrients and water between atmosphere, the canopy and the soil, within forest ecosystems."