Colonization and Persistence of Acacia pennatula in Transformed Tropical Dry Forests The Role of Disturbances and Biotic Interactions

Abstract

El bosque tropical seco es uno de los biomas más ricos en biodiversidad y a la vez el sistema forestal más amenazado del planeta. Tras la masiva transformación de estos bosques en sistemas silvo-pastoriles para uso ganadero, muy pocas son las especies forestales que consiguen colonizar y persistir en estos nuevos ambientes. Mejorar el conocimiento del efecto de los principales impactos resultantes de esta transformación puede ayudar a mejorar la gestión actual del sistema y a proponer alternativas de manejo, ecológicamente razonables, encaminadas a la recuperación forestal. Esta tesis tiene por objetivo investigar qué papel juegan el cambio en el régimen de perturbaciones y en el conjunto de interacciones bióticas sobre el éxito colonizador de Acacia pennatula, una especie común en sistemas silvo-pastoriles de toda Mesoamérica. En el primer capítulo se investiga su capacidad de persistencia por rebrote tras perturbaciones de diversa intensidad (corte y fuego) aplicadas antes y después de la época seca y de manera repetida. Los resultados muestran que los individuos quemados sobreviven y rebrotan menos que los cortados y que al final de la estación seca es más difícil la recuperación, probablemente por la falta de recursos (N y especialmente P) almacenados en la raíz principal. En el segundo capítulo se estudia el papel que puede jugar el ganado como agente dispersor de semillas y la posible interacción entre la endozoocória y el fuego como factores desencadenantes de la germinación. El ganado es un eficaz agente dispersor de las semillas de diversas especies forestales, no obstante el paso por el tracto digestivo no estimuló la germinación de las especies testadas a diferencia del fuego el cual de manera general liberó las semillas de su latencia. En el tercer capítulo se investiga la variación en los mecanismos de defensa de semillas ante la depredación pre-dispersiva por parte de insectos (Bruchidae) a lo largo del rango de distribución altitudinal de A. pennatula. El saciado del predador mediante producciones masivas de frutos y el aborto de semillas que aumenta la mortalidad de las larvas, son mecanismos de defensa que actúan simultáneamente aunque su contribución relativa varía a lo largo del gradiente. En el cuarto capítulo se explora el rol que los frugívoros pueden tener controlando las poblaciones de insectos depredadores de semillas. La presencia de frugívoros reduce la proporción de semillas depredadas e incluso podría promover la coexistencia de varias especies de depredadores sobre la misma planta huésped. En el quinto se estudia el potencial de interferencia alelopática de A. pennatula sobre otras especies competidoras. Esta especie muestra indicios de interferir el desarrollo de las raíces de las plántulas que se establecen bajo su copa poniendo así en duda su capacidad de nucleación de la sucesión tras un eventual abandono de los sistemas silvo-pastoriles en los cuales es dominante. En conjunto A. pennatula es capaz de colonizar y persistir tras la transformación del bosque tropical seco gracias a: i) es eficazmente dispersada por el ganado y germina rápidamente tras el fuego en los pastos, ii) persiste tras perturbaciones repetidas (corte y fuego) mediante sucesivos rebrotes, iii) tiene mecanismos de defensa eficaces ante la depredación pre-dispersiva de sus semillas y es favorecida por la aptitud frugívora del ganado, y iv) es capaz de invadir los pastos e interferir alelopáticamente el establecimiento de plántulas bajo su copa. En la última sección de la presente tesis se proponen diversas alternativas de manejo para mejorar la gestión actual de los sistemas silvo-pastoriles en los cuales esta especie es dominante, y a fin de promover la recuperación forestal y el valor de conservación de la biodiversidad de los mismos.

Tropical Dry Forest (TDF) is one of the most biodiversity-rich biome and the most threatened forest ecosystem of the world. After the pervasive transformation of these forests into wooded rangelands, there are very few species able to colonize and to persist in this new environment. Improving the knowledge of the major impacts resulting from this land-use change may aid the current management practices and may provide ecologically sound alternatives aimed to the forest recovery. The general objective of this thesis is then to investigate the role played by the new disturbance regime and biotic interactions in colonization and persistence of Acacia pennatula, a tree species common in wooded rangelands throughout Mesoamerica. In the first chapter it is investigated its ability to resprout after disturbances (clipping and fire) applied before and after the dry season and repeatedly. The results show that those individuals burned had lower survival and resprouting vigor than those individuals only clipped. Additionally, recovering from a disturbance applied after the dry season was more difficult, and this was likely due to the lack of resources (N and especially P) stored in the main root. In the second chapter it is studied the role that cattle may play as a seed dispersal agent and the potential interaction between endozoochory and fire as triggers of germination. Cattle is currently an effective dispersal agent of several forest species, however, gut passage did not stimulate germination unlike fire which generally broke seeds’ physical dormancy. In the third chapter it is investigated the variation in seed defense mechanisms against pre-dispersal seed predators by insects (Bruchidae) along the altitudinal range of A. pennatula. Predator satiation by means of massive fruit crops and seed abortion which increases larval mortality, are both defense mechanisms that act simultaneously although its relative contribution vary along the altitudinal gradient. In the fourth chapter it is examined the role that frugivores may have in controlling seed predator populations. Frugivores reduced the proportion of seeds preyed upon by seed beetles and the results suggest that frugivores may promote coexistence of different predator species on the same plant host. In the fifth chapter it is studied the allelopathic interference of A. pennatula over other competitor species. The results show that this species may impair seedling establishment under its canopy by reducing root development. This warns about the ability of this species as a succession nuclei after an eventual abandonment of the wooded rangelands in which dominate. Overall, A. pennatula is able to colonize and to persist after TDF transformation thanks to: i) is effectively dispersed by cattle and germinate after pasture fires, ii) persists after repeated disturbances by successive resprouting, iii) has defense mechanisms against pre-dispersal seed predation and moreover is favored by cattle frugivory, and iv) is able to encroach pastures impairing seedling establishment under its canopy by means of an allelopathic interference. In the last section management proposals are provided in order to ameliorate current practices and to promote forest recovery in those wooded rangelands in which this species dominate.