Tesis sometida a la consideración de la Comisión del Programa de Estudios de Posgrado en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales para optar al grado de Magister Scientiae en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales con énfasis en Suelos

Abstract

Regeneración arbórea y características edáficas en bosques secos tropicales desarrollados sobre la meseta ignimbrítica de Santa Rosa, Noroeste de Costa Rica. El objetivo general del estudio fue analizar la estructura y la diversidad del bosque según la variación en características edáficas. Se estableció una cronosecuencia de regeneración arbórea en bosques secos tropicales (BST) con seis edades: 10, 15, 20, 40 y 60 años; además, bosques de crecimiento antiguo. El Capítulo I expone los principales factores y procesos formadores de suelos en la meseta ignimbrítica de Santa Rosa (MISR), en el Noroeste de Costa Rica. El estudio se realizó en el Parque Nacional Santa Rosa y en la Hacienda El Pelón de la Altura. Se clasificaron los pedones modales de suelo en ocho bosques secos tropicales (BST) caracterizando y correlacionando los cambios en propiedades químicas y físicas de suelos conforme aumentó la edad. En total se describieron seis órdenes de suelos: Entisoles, Vertisoles, Mollisoles, Alfisoles, Inceptisoles y Ultisoles. Se analizan los procesos que explican la alta variación edáfica en el área de bosque evaluada (6,5 ha), entre ellos: (i) la composición litológica y el carácter ácido de las rocas, (ii) el clima estacionalmente seco por 3-5 meses, (iii) los procesos de erosión eólica e hídrica, (iv) el fuego y (v) el relieve de la MISR. Las correlaciones en Entisoles registraron una disminución inicial en edades tempranas y posteriormente un incremento en el contenido de bases (Ca, Mg, K, CICE). Conforme aumentó la edad de la regeneración arbórea, se registró un incremento en la conductividad hidráulica y el % de macroporos, así como una disminución en el % mesoporos y el % agua disponible. Los cambios pueden relacionarse a (i) las prácticas de quema de repastos ganaderos o jaraguales [Hyparrhenia rufa (Ness)], (ii) la adición estacional de materia orgánica en la superficie del suelo, (iii) el microclima más fresco bajo cobertura del bosque, (iv) el reciclaje de nutrimentos propiciado por la regeneración y (v) las texturas franco arenosas de los suelos evaluados. En el Capítulo II se midió el efecto del suelo sobre la estructura y diversidad de especies arbóreas en el proceso de regeneración. Se establecieron parcelas de 10 por 50 m (0,05 ha), 20 en bosques secundarios y 10 en bosques antiguos (6,5 ha en total), de acuerdo con la topografía. Se midieron 3 variables estructurales del bosque: área basal (m2·ha-1), altura (m) de los individuos más altos y densidad, usando dos poblaciones de datos: latizales (diámetro a la altura de pecho o dap ≥ 1 y < 5 cm) y árboles (dap ≥ 5 cm). A excepción de dos sitios, no se encontró diferencias en la estructura del bosque al comparar clases de suelo. La diversidad de especies arbóreas medida con el índice Shannon-Wiener y curvas de rarefacción del índice α de Fisher, presentaron diferencias considerables entre suelos. Esta tendencia podría evidenciar distribuciones no aleatorias de especies arbóreas influenciadas por las características edáficas.

Forest Succession and Edaphic Properties in Eight Tropical Dry Forests at Santa Rosa Ignimbritic Plateau, North-Western Costa Rica. The objectives of this study were to analyze forest structure and diversity according to local edaphic characteristics. In eight tropical dry forests (TDF), we established a forest successional cronosequence with six ages: 10, 15, 20, 40, 60 years and old-growth. Chapter I deals with the main factors involved in soil forming processes at Santa Rosa ignimbrite plateau (SRIP), North-western Costa Rica. This study was located in the Santa Rosa National Park and Hacienda El Pelón, a private ranch bordering the park. Soils and forest structure were described in eight tropical dry forests (TDF) fragments. Five fragments were secondary growth vegetation after abandonment and three were old-growth forests. Forests fragments were chosen simulating a forest successional process. Soils were described and classified according to the United States Department of Agriculture Soil Taxonomy system. Soil chemical and physical properties were correlated with forest age. Six soils orders were described: Entisols, Vertisols, Mollisols, Alfisols, Inceptisols y Ultisols. The high edaphic variation was related to (i) ignimbrites lithological properties and their acid character, (ii) dominant seasonally dry climate, (iii) soil erosion processes, (iv) fire and (v) SRIP topography. Correlations in Entisols registered an initial depletion in soil cations during the first 20 years of forest succession. Then, there was a steady increment in soil cations concentrations to old growth forests levels, especially soil available K. Two soil physical properties experienced positive correlations with age: soil hydraulic conductivity and macropores; while mesopores and available water capacity showed negative correlations. These changes might be linked to several factors: (i) annual burning practices in [Hyparrhenia rufa (Ness)] cattle pastures, (ii) seasonal litterfall on soil surface in TDF, (iii) milder microclimate conditions under forest canopy, and (iv) sandy loam textures. Chapter II deals with possible soil effects on TDF structural characteristics and tree species diversity, during the forest succession process. Twenty (10 x 50) m rectangular plots were established in each secondary growth forests and ten plots in each old-growth forests, according to main topography features. Forests basal area (m2 ha-1), canopy height (m) and density (# individuals ha-1) were measured, using two data populations: saplings (diameter at breast height or dbh ≥ 1 and < 5 cm) and trees (dbh ≥ 5 cm). With the exception of two sites, there were no important differences in structural characteristics between soil classes. In contrast, tree species diversity using Shannon index and rarefaction curves with Fisher’s α, showed considerable differences between soil classes and forest age. This pattern might reflect non random distributions in some TDF tree species.