Resumen

Los bosques húmedos montanos tropicales que crecen en suelos poco desarrollados son frecuentemente limitados en nitrógeno [N] y, por lo tanto, susceptibles a la deposición de N y a la creciente liberación de N por mineralización. Se analizó la variabilidad temporal de las concentraciones de carbono orgánico total [TOC] así como su relación con el nitrógeno orgánico disuelto [TOC/DON], la conductividad eléctrica [CE] y el pH en las soluciones del ecosistema a lo largo del recorrido del agua por el bosque, desde la precipitación [RF] a través de la lluvia que escurre a través del dosel [TF], el flujo en el tallo [SF], el lixiviado de la hojarasca y la capa orgánica [LL] y las soluciones minerales del suelo a 0,15 y 0,30 m de profundidad (SS15, SS30) hasta el flujo de salida en el río [ST], en un bosque tropical montano desde 1998 hasta 2013. Adicionalmente, se evaluó la variabilidad temporal, las fuentes y las transformaciones de materia orgánica disuelta [DOM] con la ayuda de isótopos estables de C [δ¹³C]. Se determinó también la edad de las soluciones con [Δ¹⁴C]. Se exploró, adicionalmente, si los isótopos estables de N [δ¹⁵N] podían proporcionar información sobre las fuentes y transformaciones de N. Se encontró tendencias negativas en las concentraciones de TOC en la mayoría de las soluciones del ecosistema. Los resultados sugieren una degradación acelerada de la DOM, particularmente joven. Los valores isotópicos de carbono δ¹³C disminuyeron en el siguiente orden RF > TF > SF < LL debido al aumento de la lixiviación de compuestos de carbono isotópicamente ligeros. En la SS15, SS30 y en ST se encontraron valores de δ¹³C más altos que las soluciones sobre el suelo, lo que sugiere que las raíces y los exudados radiculares son las principales fuentes de DOM en el suelo. La disminución de los valores de δ¹⁵N del nitrógeno total disuelto [TDN] desde la lluvia hasta el agua que escurre del dosel, sugieren que el N isotópicamente pesado de la lluvia fue retenido y, a su vez, los compuestos isotópicamente ligeros de N, incluidos DON y nitratos (NO₃^-), fueron lixiviados del dosel. Los valores δ¹⁵N más altos de TDN en LL respecto a las soluciones sobre el suelo sugieren una contribución de DON isotópicamente pesado que se lixivia de los horizontes orgánicos. El menor valor δ¹⁵N de la solución mineral del suelo a 0,15 m de profundidad que en el lixiviado de la capa orgánica puede explicarse por la retención de DON isotópicamente pesado y la adición de NO₃^- isotópicamente ligero procedente de la mineralización y nitrificación. Los valores crecientes de δ¹⁵N en el orden SS15 < SS30 < ST sugieren pérdidas de N en forma gaseosa debido a la creciente desnitrificación. Por lo tanto, los radios isotópicos estables de carbono δ¹³C y nitrógeno δ¹⁵N de la materia orgánica disuelta proporcionan una herramienta adicional para evaluar las fuentes y el ciclaje de DOM.

Palabras clave: Bosques húmedos, Carbono orgánico, Isótopos estables, Mineralización

Abstract

Tropical montane rainforests growing on poorly developed soils are often nitrogen [N]- limited and therefore susceptible to N deposition and increased N release from mineralization. Temporal variability of total organic carbon [TOC] concentrations and their relationship with dissolved organic nitrogen [TOC/DON], electrical conductivity [EC] and pH in ecosystem solutions was analyzed along the water pathway through the forest, from precipitation [RF] through canopy runoff [TF], stem flow [SF], litter and organic layer leachate [LL] and soil mineral solutions at 0.15 and 0.30 m depth (SS15, SS30) to river outflow [ST] in a montane tropical forest from 1998 to 2013. Additionally, temporal variability, sources and transformations of dissolved organic matter (DOM) were assessed with the aid of stable C isotopes [δ¹³C]. Age of solutions was also determined with [Δ¹⁴C]. It was further explored whether stable N isotopes [δ¹⁵N] could provide information on N sources and transformations. Negative trends in TOC concentrations were found in most ecosystem solutions. The results suggest an accelerated degradation of particularly young DOM. Carbon isotopic values ​​δ¹³C decreased in the following order RF > TF > SF < LL due to increased leaching of isotopically light carbon compounds. Higher δ¹³C values ​​were found in SS15, SS30 and ST than aboveground solutions, suggesting that roots and root exudates are the main sources of DOM in the soil. The decrease in δ¹⁵N values ​​of total dissolved nitrogen [TDN] from rainfall to canopy runoff suggests that isotopically heavy N from rainfall was retained and in turn isotopically light N compounds including DON and nitrates (NO₃^-) were leached from the canopy. The higher δ¹⁵N values ​​of TDN in LL than in aboveground solutions suggest a contribution from isotopically heavy DON leached from organic horizons. The lower δ¹⁵N value of soil mineral solution at 0.15 m depth than in organic layer leachate can be explained by retention of isotopically heavy DON and addition of isotopically light NO₃^- from mineralization and nitrification. Increasing δ¹⁵N values ​​in the order SS15 < SS30 < ST suggest gaseous N losses due to increasing denitrification. Therefore, stable isotopic ratios of carbon δ¹³C and nitrogen δ¹⁵N of dissolved organic matter provide an additional tool to assess the sources and cycling of DOM.

Keywords: Rainforests, Organic carbon, Stable isotopes, Mineralization

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