Nutrient cycling and plant-soil feedbacks along a precipitation gradient in lowland Panama

This study addresses patterns of nutrient dynamics on a precipitation gradient (1800–3500 mm y−1) in lowland tropical forest with heterogeneous soil parent material, high plant species diversity and large changes in species composition. Mean foliar concentrations of phosphorus, potassium, calcium and magnesium decreased with increasing precipitation, whereas foliar carbon:nitrogen increased with increasing precipitation. Mean foliar nitrogen:phosphorus varied from 16.4–23.8 suggesting that plant productivity at these sites is limited by phosphorus. Total soil nitrogen increased as a function of foliar litter lignin:nitrogen, whereas net nitrogen mineralization rates decreased with increasing lignin:N indicating that as litter quality decreases, more soil nitrogen is held in soil organic matter and the mineralization of that nitrogen is slower. Extractable phosphorus in soil was negatively correlated with foliar litter lignin:phosphorus, illustrating effects of litter quality on soil phosphorus availability. Overall, the results suggest that variation in plant community composition along this precipitation gradient is tightly coupled with soil nutrient cycling. Much of our understanding of effects of precipitation on nutrient cycling in tropical forest is based on precipitation gradients across montane forest in Hawaii, where species composition and soil parent material are constant. Our results suggest that variation in parent material or species composition may confound predictions developed in model island systems.Resumen: Este estudio trata sobre los patrones de dinamica de nutrientes en un gradiente de precipitacion (1800–3500 mm y−1) en un bosque tropical de tierras bajas con material parental heterogeneo, alta diversidad de especies de plantas, y un gran cambio en la composicion de especies. Las concentraciones promedio de fosforo, potasio, calcio y magnesio disminuyen con un aumento en la precipitacion, mientras que la proporcion carbono:nitrogeno aumenta con un aumento en la precipitacion. La proporcion promedio de nitrogeno foliar:fosforo varia de 16.4 a 23.8, lo cual sugiere que estos sitios tienen limitaciones de fosforo. El nitrogeno total del suelo aumenta como una funcion de la proporcion de lignina foliar de la hojarasca:nitrogeno, mientras que la tasa de mineralizacion del nitrogeno neto disminuye con un aumento de la proporcion de lignina:nitrogeno, lo cual indica que mientras la calidad de la hojarasca disminuye, mas nitrogeno del suelo es retenido en la materia organica y la mineralizacion de ese nitrogeno es mas lenta. El fosforo extraible esta correlacionado negativamente con la proporcion de lignina foliar de la hojarasca:fosforo, lo cual ilustra el efecto de la calidad de hojarasca en la disponibilidad de fosforo del suelo. En resumen, estos resultados sugieren que la variacion en la composicion de plantas de una comunidad a lo largo de este gradiente de precipitacion tiene un efecto considerable en la retroalimentacion de los ciclos nutricionales del suelo. Gran parte de nuestros conocimientos sobre el efecto de los gradientes de lluvia en ciclos nutricionales del suelo han sido basados en estudios de gradientes de precipitacion de bosques de montana en Hawaii, en donde tanto la composicion de especies y el material parental del suelo son constantes. Nuestros resultados sugieren que la variacion del material parental del suelo y la composicion de especies pueden confundir las predicciones desarrolladas en sistemas modelos de islas.