• Energy Research

<p>Mauritia flexuosa palm swamp, the prevailing Peruvian Amazon peatland ecosystem, is</p><p>extensively threatened by degradation. The unsustainable practice of cutting whole</p><p>palms for fruit extraction modifies forest's structure and composition and eventually</p><p>alters peat-derived greenhouse gas (GHG) emissions. We evaluated the spatio-temporal</p><p>variability of soil N<sub>2</sub>O and CH<sub>4</sub> fluxes and environmental controls along a palm swamp</p><p>degradation gradient formed by one undegraded site (Intact), one moderately degraded</p><p>site (mDeg) and one heavily degraded site (hDeg). Microscale variability differentiated</p><p>hummocks supporting live or cut palms from surrounding hollows. Macroscale analysis</p><p>considered structural changes in vegetation and soil microtopography as impacted</p><p>by degradation. Variables were monitored monthly over 3 years to evaluate intra- and</p><p>inter-annual variability. Degradation induced microscale changes in N<sub>2</sub>O and CH<sub>4</sub> emission</p><p>trends and controls. Site-scale average annual CH<sub>4</sub> emissions were similar along the</p><p>degradation gradient (225.6 ± 50.7, 160.5 ± 65.9 and 169.4 ± 20.7 kg C ha<sup>−1</sup> year<sup>−1</sup> at</p><p>the Intact, mDeg and hDeg sites, respectively). Site-scale average annual N<sub>2</sub>O emissions</p><p>(kg N ha<sup>−1</sup> year<sup>−1</sup>) were lower at the mDeg site (0.5 ± 0.1) than at the Intact (1.3 ± 0.6) and</p><p>hDeg sites (1.1 ± 0.4), but the difference seemed linked to heterogeneous fluctuations</p><p>in soil water-filled pore space (WFPS) along the forest complex rather than to degradation.</p><p>Monthly and annual emissions were mainly controlled by variations in WFPS, water</p><p>table level (WT) and net nitrification for N<sub>2</sub>O; WT, air temperature and net nitrification</p><p>for CH<sub>4</sub>. Site-scale N<sub>2</sub>O emissions remained steady over years, whereas CH<sub>4</sub> emissions</p><p>rose exponentially with increased precipitation. While the minor impact of degradation</p><p>on palm swamp peatland N<sub>2</sub>O and CH<sub>4</sub> fluxes should be tested elsewhere, the evidenced</p><p>large and variable CH<sub>4</sub> emissions and significant N<sub>2</sub>O emissions call for improved modeling</p><p>of GHG dynamics in tropical peatlands to test their response to climate changes.</p>

AbstractUnderstanding the relationship between photosynthesis, net primary productivity and growth in forest ecosystems is key to understanding how these ecosystems will respond to global anthropogenic change, yet the linkages among these components are rarely explored in detail. We provide the first comprehensive description of the productivity, respiration and carbon allocation of contrasting lowland Amazonian forests spanning gradients in seasonal water deficit and soil fertility. Using the largest data set assembled to date, ten sites in three countries all studied with a standardized methodology, we find that (i) gross primary productivity (GPP) has a simple relationship with seasonal water deficit, but that (ii) site‐to‐site variations in GPP have little power in explaining site‐to‐site spatial variations in net primary productivity (NPP) or growth because of concomitant changes in carbon use efficiency (CUE), and conversely, the woody growth rate of a tropical forest is a very poor proxy for its productivity. Moreover, (iii) spatial patterns of biomass are much more driven by patterns of residence times (i.e. tree mortality rates) than by spatial variation in productivity or tree growth. Current theory and models of tropical forest carbon cycling under projected scenarios of global atmospheric change can benefit from advancing beyond a focus on GPP. By improving our understanding of poorly understood processes such as CUE, NPP allocation and biomass turnover times, we can provide more complete and mechanistic approaches to linking climate and tropical forest carbon cycling.

AbstractThe peat‐forming wetland forests of Amazonia are characterized by high below‐carbon stocks and supply fruit, fibres and timber to local communities. Predicting the future of these ecosystem services requires understanding how hydrological conditions are related to tree species composition and the presence, or absence, of peat. Here, we use continuous measurements of water table depth over 2.5 years and manual measurements of pore‐water pH and electrical conductivity to understand the ecohydrological controls of these variables across the large peatland complex in northern Peruvian Amazonia. Measurements were taken in permanent forest plots in four palm swamps, four seasonally flooded forests and four peatland pole forests. All trees ≥10 cm diameter were also measured and identified in the plots to assess floristic composition. Peat occurs in eight of these twelve sites; three seasonally flooded forests and one palm swamp are not associated with peat. Variation in tree species composition among forest types was linked to high flood levels (maximum flooding height) and pH: seasonally flooded forests experience high flood levels (up to 3.66 m from the ground surface) and have high pH values (6–7), palm swamps have intermediate flood levels (up to 1.34 m) and peatland pole forests experience shallow flooding (up to 0.28 m) and have low pH (4). In contrast, the presence of peat was linked to variation in maximum water table depth (i.e. the depth to which the water table drops below the ground surface). Surface peat is found in all forest types where maximum water table depth does not fall >0.55 m below the ground surface at any time. Peat formation and variation in tree species composition therefore have different ecohydrological controls. Predicted increases in the frequency and strength of flooding events may alter patterns of tree species composition, whereas increases in drought severity and declines in minimum river levels may pose a greater risk to the belowground carbon stores of these peatland ecosystems.

1 IntroducciónDada la apremiante necesidad de cuantificar los flujos de carbono asociados con la dinámica de la vegetación terrestre, un número creciente de investigadores ha tratado de mejorar las estimaciones del volumen de árboles,la biomasa y las reservas de carbono. Las ecuaciones alométricas de árboles son herramientas críticas para tal propósito y tienen el potencial de mejorar nuestra comprensión sobre el secuestro de carbono en la vegetación boscosa, para apoyar la implementación de políticas y mecanismos diseñados para mitigar el cambio climático (por ejemplo, CDM y REDD+; Agrawal et al. 2011), para calcular los costos y beneficios asociados con los proyectos de carbono forestal, y para mejorar los sistemas de bioenergía y la gestión forestal sostenible (Henry et al. 2013). 1 Introduction Étant donné le besoin urgent de quantifier les flux de carbone associés à la dynamique de la végétation terrestre, un nombre croissant de chercheurs ont cherché à améliorer les estimations du volume des arbres, de la biomasse et des stocks de carbone. Les équations allométriques des arbres sont des outils essentiels à cette fin et ont le potentiel d'améliorer notre compréhension de la séquestration du carbone dans la végétation ligneuse, de soutenir la mise en œuvre de politiques et de mécanismes conçus pour atténuer le changement climatique (par exemple, CDM et REDD+ ; Agrawal et al. 2011), de calculer les coûts et les avantages associés aux projets de carbone forestier, et d'améliorer les systèmes de bioénergie et la gestion durable des forêts (Henry et al. 2013). 1 IntroductionGiven the pressing need to quantify carbon fluxes associatedwith terrestrial vegetation dynamics, an increasing number ofresearchers have sought to improve estimates of tree volume,biomass, and carbon stocks. Tree allometric equations arecritical tools for such purpose and have the potential toimprove our understanding about carbon sequestration inwoody vegetation, to support the implementation of policiesand mechanisms designed to mitigate climate change (e.g.CDM and REDD+; Agrawal et al. 2011), to calculate costsand benefits associated with forest carbon projects, and toimprove bioenergy systems and sustainable forest manage-ment (Henry et al. 2013). 1 المقدمة بالنظر إلى الحاجة الملحة لقياس تدفقات الكربون المرتبطة بديناميكيات الغطاء النباتي الأرضي، سعى عدد متزايد من الباحثين إلى تحسين تقديرات حجم الأشجار والكتلة الحيوية ومخزونات الكربون. تعد المعادلات المتجانسة للأشجار أدوات حاسمة لهذا الغرض ولديها القدرة على تحسين فهمنا لعزل الكربون في الغطاء النباتي الخشبي، لدعم تنفيذ السياسات والآليات المصممة للتخفيف من تغير المناخ (مثل CDM و REDD+؛ Agrawal et al. 2011)، لحساب التكاليف والفوائد المرتبطة بمشاريع كربون الغابات، وتحسين أنظمة الطاقة الحيوية والإدارة المستدامة للغابات (Henry et al. 2013).

El Peru es uno de los paises del tropico mas ricos en turberas. Cuenta con ellas en sus tres regiones, con una preponderancia marcada en la Amazonia. Sus turberas proveen importantes servicios ecosistemicos, como el almacenamiento de inmensas cantidades de carbono, la fijacion de dioxido de carbono, una biodiversidad unica, la regulacion hidrica a nivel local y regional, y el suministro de medios de subsistencia y valores culturales para las poblaciones locales. Las turberas del pais estan siendo deterioradas por actividades antropogenicas que incluyen el desarrollo de infraestructura y la extraccion de recursos (p. ej., petroleo, minerales), y usos o practicas no sostenibles de intensidad variable (p. ej., sobrepastoreo, extraccion de turba, tala de palmeras, sobrecaza) que las amenazan e incrementan su vulnerabilidad. De igual manera, los cambios climaticos comprometen su estabilidad. El marco normativo peruano incluye normas e instrumentos para una gestion sostenible de los humedales, pero falta desarrollar regulaciones especificas para las turberas. Entre los avances recientes esta la elaboracion de una definicion normativa nacional del termino “turbera”; sin embargo, aun se requiere su inclusion explicita en politicas relativas al cambio climatico, como REDD+ y las Contribuciones Nacionalmente Determinadas (NDC, por sus siglas en ingles). Existe una falta fundamental de investigacion cientifica sobre las turberas peruanas. En particular, se requiere cartografiarlas, inventariarlas y caracterizar sus propiedades ecologicas y sus valores economicos y sociales. Tambien es esencial identificar y revalorar los conocimientos que las comunidades indigenas ponen en practica para gestionarlas de manera sostenible. Las oportunidades para la conservacion y buena gestion de estos ecosistemas claves son diversas e incluyen, por ejemplo, la consolidacion de los mecanismos de pago por servicios ecosistemicos, la implementacion de planes de manejo sostenible de recursos por las poblaciones locales, la extension de las areas naturales protegidas (ANP) y el reconocimiento de los derechos de tenencia de las comunidades.

On pense que le climat, la composition des espèces et les sols contrôlent le cycle du carbone et la structure des forêts amazoniennes. Ici, nous ajoutons un schéma démographique (recrutement, croissance et mortalité des arbres) à un modèle non démographique récemment développé - le simulateur de forêt basé sur les traits (TFS) – pour explorer les rôles du climat et des traits des plantes dans le contrôle de la productivité et de la structure des forêts. Nous avons comparé deux sites avec des climats différents (précipitations saisonnières versus saisonnières) et des traits végétaux. Grâce à une simulation de validation initiale, nous avons évalué si le modèle converge sur les propriétés forestières observées (productivité, variables démographiques et structurelles) en utilisant des ensembles de données de traits fonctionnels, de structure et de climat pour modéliser le cycle du carbone aux deux sites. Dans un deuxième ensemble de simulations, nous avons testé l'importance relative du climat et des traits végétaux pour les propriétés forestières dans le cadre de la TFS en utilisant le climat des deux sites avec des distributions de traits hypothétiques représentant deux axes de variation fonctionnelle (traits foliaires « rapides » par rapport à « lents » et densité de bois élevée par rapport à faible). Le modèle adapté avec les données démographiques reproduit la variation observée de la production primaire brute (GPP) et nette (NPP) et de la respiration. Cependant, la NPP et la respiration au niveau des organes de la plante (feuille, tige et racine) ont été mal simulées. Les taux de mortalité et de recrutement ont été sous-estimés. La structure de la forêt d'équilibre différait des observations du nombre de tiges suggérant soit que les forêts ne sont pas actuellement à l'équilibre, soit que des mécanismes sont absents du modèle. Les résultats de la deuxième série de simulations ont démontré que les différences de productivité étaient attribuables au climat plutôt qu'aux caractéristiques des plantes. Contrairement aux attentes, la variation des traits foliaires n'a eu aucune influence sur la GPP. Les moteurs de la structure forestière simulée étaient complexes, avec un rôle clé pour la densité du bois médiée par son lien avec la mortalité des arbres. La mortalité et les taux de recrutement modélisés étaient liés aux seuls traits des plantes, la mortalité liée à la sécheresse n'était pas prise en compte. À l'avenir, le développement du modèle devrait se concentrer sur l'amélioration de l'allocation, de la mortalité, de la respiration des organes, de la simulation des arbres du sous-étage et de l'ajout de traits hydrauliques. Ce type de modèle qui intègre diverses stratégies d'arbres, une structure forestière détaillée et une physiologie réaliste est nécessaire si nous voulons être en mesure de simuler les réponses des forêts tropicales aux scénarios de changement global. Se cree que el clima, la composición de las especies y los suelos controlan el ciclo del carbono y la estructura forestal en los bosques amazónicos. Aquí, agregamos un esquema demográfico (reclutamiento, crecimiento y mortalidad de árboles) a un modelo no demográfico recientemente desarrollado, el Simulador Forestal Basado en Rasgos (TFS), para explorar los roles del clima y los rasgos de las plantas en el control de la productividad y la estructura forestal. Comparamos dos sitios con diferentes climas (precipitación estacional versus estacional) y rasgos de plantas. A través de una simulación de validación inicial, evaluamos si el modelo converge en las propiedades forestales observadas (productividad, variables demográficas y estructurales) utilizando conjuntos de datos de rasgos funcionales, estructura y clima para modelar el ciclo del carbono en los dos sitios. En un segundo conjunto de simulaciones, probamos la importancia relativa de los rasgos climáticos y vegetales para las propiedades forestales dentro del marco de TFS utilizando el clima de los dos sitios con distribuciones hipotéticas de rasgos que representan dos ejes de variación funcional (rasgos de hojas 'rápidas' versus 'lentas' y alta versus baja densidad de madera). El modelo adaptado con datos demográficos reprodujo la variación observada en la producción primaria bruta (GPP) y neta (NPP) y la respiración. Sin embargo, la NPP y la respiración a nivel de los órganos de la planta (hoja, tallo y raíz) se simularon mal. Las tasas de mortalidad y reclutamiento se subestimaron. La estructura del bosque en equilibrio difería de lo observado en el número de tallos, lo que sugiere que los bosques no están actualmente en equilibrio o que faltan mecanismos en el modelo. Los hallazgos del segundo conjunto de simulaciones demostraron que las diferencias en la productividad fueron impulsadas por el clima, en lugar de los rasgos de las plantas. Contrariamente a lo esperado, los rasgos foliares variables no tuvieron influencia en la GPP. Los impulsores de la estructura forestal simulada eran complejos, con un papel clave para la densidad de la madera mediada por su vínculo con la mortalidad de los árboles. Las tasas de mortalidad y reclutamiento modeladas se vincularon solo a los rasgos de las plantas, no se tuvo en cuenta la mortalidad relacionada con la sequía. En el futuro, el desarrollo del modelo debe centrarse en mejorar la asignación, la mortalidad, la respiración de órganos, la simulación de árboles de sotobosque y la adición de rasgos hidráulicos. Este tipo de modelo que incorpora diversas estrategias de árboles, una estructura forestal detallada y una fisiología realista es necesario si queremos poder simular las respuestas de los bosques tropicales a los escenarios de cambio global. Climate, species composition, and soils are thought to control carbon cycling and forest structure in Amazonian forests. Here, we add a demographics scheme (tree recruitment, growth, and mortality) to a recently developed non-demographic model - the Trait-based Forest Simulator (TFS) – to explore the roles of climate and plant traits in controlling forest productivity and structure. We compared two sites with differing climates (seasonal versus aseasonal precipitation) and plant traits. Through an initial validation simulation, we assessed whether the model converges on observed forest properties (productivity, demographic and structural variables) using datasets of functional traits, structure, and climate to model the carbon cycle at the two sites. In a second set of simulations, we tested the relative importance of climate and plant traits for forest properties within the TFS framework using the climate from the two sites with hypothetical trait distributions representing two axes of functional variation ('fast' versus 'slow' leaf traits, and high versus low wood density). The adapted model with demographics reproduced observed variation in gross (GPP) and net (NPP) primary production, and respiration. However NPP and respiration at the level of plant organs (leaf, stem, and root) were poorly simulated. Mortality and recruitment rates were underestimated. The equilibrium forest structure differed from observations of stem numbers suggesting either that the forests are not currently at equilibrium or that mechanisms are missing from the model. Findings from the second set of simulations demonstrated that differences in productivity were driven by climate, rather than plant traits. Contrary to expectation, varying leaf traits had no influence on GPP. Drivers of simulated forest structure were complex, with a key role for wood density mediated by its link to tree mortality. Modelled mortality and recruitment rates were linked to plant traits alone, drought-related mortality was not accounted for. In future, model development should focus on improving allocation, mortality, organ respiration, simulation of understory trees and adding hydraulic traits. This type of model that incorporates diverse tree strategies, detailed forest structure and realistic physiology is necessary if we are to be able to simulate tropical forest responses to global change scenarios. يُعتقد أن المناخ وتكوين الأنواع والتربة تتحكم في دورة الكربون وهيكل الغابات في غابات الأمازون. هنا، نضيف مخططًا ديموغرافيًا (تجنيد الأشجار والنمو والوفيات) إلى نموذج غير ديموغرافي تم تطويره مؤخرًا - محاكي الغابات القائم على السمات (TFS) – لاستكشاف أدوار المناخ والسمات النباتية في التحكم في إنتاجية الغابات وهيكلها. قارنا موقعين بمناخين مختلفين (هطول الأمطار الموسمية مقابل هطول الأمطار الموسمية) وسمات النبات. من خلال محاكاة التحقق الأولية، قمنا بتقييم ما إذا كان النموذج يتقارب مع خصائص الغابات المرصودة (الإنتاجية والمتغيرات الديموغرافية والهيكلية) باستخدام مجموعات بيانات من السمات الوظيفية والهيكل والمناخ لنمذجة دورة الكربون في الموقعين. في مجموعة ثانية من عمليات المحاكاة، اختبرنا الأهمية النسبية للمناخ والسمات النباتية لخصائص الغابات ضمن إطار TFS باستخدام المناخ من الموقعين مع توزيعات سمات افتراضية تمثل محورين من التباين الوظيفي (سمات الأوراق "السريعة" مقابل "البطيئة"، والكثافة الخشبية العالية مقابل المنخفضة). أدى النموذج المعدل مع التركيبة السكانية إلى إعادة إنتاج التباين الملحوظ في الإنتاج الأولي الإجمالي (GPP) والصافي (NPP) والتنفس. ومع ذلك، تمت محاكاة NPP والتنفس على مستوى الأعضاء النباتية (الورقة والجذع والجذر) بشكل سيئ. تم التقليل من شأن معدلات الوفيات والتجنيد. اختلفت بنية غابة التوازن عن ملاحظات أرقام الساق التي تشير إما إلى أن الغابات ليست في حالة توازن حاليًا أو أن الآليات مفقودة من النموذج. أظهرت النتائج المستخلصة من المجموعة الثانية من عمليات المحاكاة أن الاختلافات في الإنتاجية كانت مدفوعة بالمناخ، وليس بالسمات النباتية. على عكس التوقعات، لم يكن لسمات الأوراق المختلفة أي تأثير على GPP. كانت محركات بنية الغابات المحاكاة معقدة، مع دور رئيسي لكثافة الأخشاب التي يتوسطها ارتباطها بموت الأشجار. تم ربط معدلات الوفيات والتجنيد النموذجية بسمات النبات وحدها، ولم يتم احتساب الوفيات المرتبطة بالجفاف. في المستقبل، يجب أن يركز تطوير النموذج على تحسين التخصيص والوفيات وتنفس الأعضاء ومحاكاة الأشجار تحت الأرض وإضافة سمات هيدروليكية. هذا النوع من النماذج الذي يتضمن استراتيجيات متنوعة للأشجار وبنية مفصلة للغابات وعلم وظائف الأعضاء الواقعي ضروري إذا أردنا أن نكون قادرين على محاكاة استجابات الغابات الاستوائية لسيناريوهات التغير العالمي.