The Impact of Annual and Seasonal Rainfall Patterns on Growth and Phenology of Emergent Tree Species in Southeastern Amazonia, Brazil

Understanding tree growth in response to rainfall distribution is critical to predicting forest and species population responses to climate change. We investigated inter-annual and seasonal variation in stem diameter by three emergent tree species in a seasonally dry tropical forest in southeast Para, Brazil. Annual diameter growth rates by Swietenia macrophylla demonstrated strong positive correlation with annual rainfall totals during 1997–2009; Hymenaea courbaril growth rates demonstrated weak positive correlation, whereas Parkia pendula exhibited weak negative correlation. For both Swietenia and Hymenaea, annual diameter growth rates correlated positively and significantly with rainfall totals during the first 6 mo of the growing year (July to December). Vernier dendrometer bands monitored at 4-wk intervals during 3–5 yr confirmed strong seasonal effects on stem diameter expansion. Individuals of all three species expanded in unison during wet season months and were static or even contracted during dry season months. Stems of the deciduous Swietenia contracted as crowns were shed during the early dry season, expanded slightly as new crowns were flushed, and then contracted further during 3–5 wk flowering periods in the late dry season by newly mature crowns. The three species’ physiographic distribution patterns at the study site may partially underlie observed differences in annual and seasonal growth. With most global circulation models predicting conditions becoming gradually drier in southeast Amazonia over the coming decades, species such as Swietenia that perform best on the ‘wet end’ of current conditions may experience reduced growth rates. However, population viability will not necessarily be threatened if life history and ecophysiological responses to changing conditions are compensatory. Rusumo Entender o crescimento da arvore em resposta a distribuicao das chuvas e fundamental para prever respostas da floresta e populacoes das especies as mudancas climaticas. Nos investigamos a variacao inter-anual e sazonal em diâmetro do caule de tres especies de arvores emergentes (Swietenia macrophylla, Hymenaea courbaril, Parkia pendula) em uma floresta sazonalmente seca tropical no sudeste do Para, Brasil. Taxas anuais de crescimento em diâmetro de Swietenia demonstraram uma correlacao positiva forte com os totais anuais de precipitacao durante 1997–2009 (totais ‘ano de crescimento’ = julho-junho). No mesmo periodo, as taxas de crescimento Hymenaea demonstraram correlacao positiva fraca com os totais anuais de precipitacao, enquanto Parkia exibia correlacao negativa fraca durante 1999–2009. Para ambos, Swietenia e Hymenaea, as taxas de crescimento anual de diâmetro correlacionaram-se positivamente e significativamente com os totais de precipitacao durante os primeiros seis meses do ano em crescimento (julho-dezembro). Fitas dendrometricas monitoradas em intervalos de 4 semanas, durante 3 a 5 anos confirmaram fortes efeitos sazonais sobre a expansao do diâmetro do caule. Individuos de todas as tres especies expandiam igualmente durante os meses da estacao chuvosa e eram estaticas ou ate diminuiam durante os meses da estacao seca. Caules deciduos da especie Swietenia reduziam quando as copas eram desfolhadas durante o inicio da estacao seca, aumentavam ligeiramente quando as copas novas expandiam, e em seguida reduziam ainda mais durante o periodo de tres a cinco semanas de floracao no final da estacao seca por copas recem-maduras. Padroes de distribuicao fisiografica das tres especies no local do estudo podem parcialmente explicar diferencas observadas no crescimento anual e sazonal. Com a maioria dos modelos de circulacao global prevendo condicoes gradualmente mais secas no sudeste da Amazonia nas proximas decadas, e provavel que as florestas de transicao, tais como as do local de estudo, respondem de forma relativamente rapida as mudancas climaticas em comparacao com as florestas umidas ao norte e oeste. Especies como Swietenia que mostram melhor desempenho no ‘extremo umido’ das condicoes atuais podem experimentar taxas de crescimento reduzido, mas a viabilidade da populacao nao necessariamente sera ameacada se as respostas ecofisiologicas e do ciclo de vida as mudancas ambientais sao compensatorios. No entanto, em um futuro proximo, a capacidade de uma especie para sobreviver e aproveitar as condicoes criadas pelo fogo, cada vez mais comum na estacao seca em florestas naturais, pode ser o aspecto critico da historia de vida que ira determinar vencedores e perdedores em paisagens antropogenicas sazonal.