Published May 5, 2020 | Version v1
Publication Open

Competition influences tree growth, but not mortality, across environmental gradients in Amazonia and tropical Africa

Creators

  • 1. University of Regina
  • 2. Wageningen University & Research
  • 3. University of Leeds
  • 4. University College London
  • 5. The Forestry Commission of Ghana
  • 6. Fundación Con Vida
  • 7. National Institute of Amazonian Research
  • 8. National Institute for Space Research
  • 9. University of Exeter
  • 10. Gabriel René Moreno Autonomous University
  • 11. Museo de Historia Natural Noel Kempff Mercado
  • 12. Naturalis Biodiversity Center
  • 13. National Park Service
  • 14. Smithsonian Conservation Biology Institute
  • 15. University of Buea
  • 16. University of Plymouth
  • 17. James Cook University
  • 18. George Mason University
  • 19. University of Oxford
  • 20. Universidade do Estado de Mato Grosso
  • 21. University of the Sunshine Coast
  • 22. University of York
  • 23. Universidad Estatal Amazónica
  • 24. National University of Saint Anthony the Abbot in Cuzco
  • 25. Field Museum of Natural History
  • 26. Duke University
  • 27. Bureau Waardenburg (Netherlands)
  • 28. Universidade Federal do Acre
  • 29. Université de Yaoundé I
  • 30. Center for International Forestry Research
  • 31. University of British Columbia
  • 32. Vrije Universiteit Amsterdam
  • 33. Florida Museum of Natural History
  • 34. University of Florida
  • 35. University of Nottingham
  • 36. University of the Andes
  • 37. Universidad Autónoma del Beni
  • 38. National Agency for National Parks
  • 39. Institut Africain d'Informatique
  • 40. University of Stirling
  • 41. Bangor University

Description

Abstract Competition among trees is an important driver of community structure and dynamics in tropical forests. Neighboring trees may impact an individual tree's growth rate and probability of mortality, but large‐scale geographic and environmental variation in these competitive effects has yet to be evaluated across the tropical forest biome. We quantified effects of competition on tree‐level basal area growth and mortality for trees ≥10‐cm diameter across 151 ~1‐ha plots in mature tropical forests in Amazonia and tropical Africa by developing nonlinear models that accounted for wood density, tree size, and neighborhood crowding. Using these models, we assessed how water availability (i.e., climatic water deficit) and soil fertility influenced the predicted plot‐level strength of competition (i.e., the extent to which growth is reduced, or mortality is increased, by competition across all individual trees). On both continents, tree basal area growth decreased with wood density and increased with tree size. Growth decreased with neighborhood crowding, which suggests that competition is important. Tree mortality decreased with wood density and generally increased with tree size, but was apparently unaffected by neighborhood crowding. Across plots, variation in the plot‐level strength of competition was most strongly related to plot basal area (i.e., the sum of the basal area of all trees in a plot), with greater reductions in growth occurring in forests with high basal area, but in Amazonia, the strength of competition also varied with plot‐level wood density. In Amazonia, the strength of competition increased with water availability because of the greater basal area of wetter forests, but was only weakly related to soil fertility. In Africa, competition was weakly related to soil fertility and invariant across the shorter water availability gradient. Overall, our results suggest that competition influences the structure and dynamics of tropical forests primarily through effects on individual tree growth rather than mortality and that the strength of competition largely depends on environment‐mediated variation in basal area.

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Translated Description (Arabic)

تعد المنافسة التجريدية بين الأشجار محركًا مهمًا لهيكل المجتمع وديناميكياته في الغابات الاستوائية. قد تؤثر الأشجار المجاورة على معدل نمو الشجرة الفردية واحتمال الوفاة، ولكن لم يتم بعد تقييم التباين الجغرافي والبيئي واسع النطاق في هذه التأثيرات التنافسية عبر المنطقة الحيوية للغابات الاستوائية. قمنا بقياس آثار المنافسة على نمو المنطقة القاعدية على مستوى الأشجار والوفيات للأشجار التي يبلغ قطرها ≥10 سم عبر 151 ~1 هكتار في الغابات الاستوائية الناضجة في الأمازون وأفريقيا الاستوائية من خلال تطوير نماذج غير خطية تمثل كثافة الخشب وحجم الأشجار وازدحام الأحياء. باستخدام هذه النماذج، قمنا بتقييم كيفية تأثير توافر المياه (أي نقص المياه المناخية) وخصوبة التربة على قوة المنافسة المتوقعة على مستوى قطعة الأرض (أي مدى انخفاض النمو، أو زيادة الوفيات، من خلال المنافسة عبر جميع الأشجار الفردية). في كلتا القارتين، انخفض نمو المنطقة القاعدية للأشجار مع كثافة الخشب وزاد مع حجم الأشجار. انخفض النمو مع ازدحام الأحياء، مما يشير إلى أن المنافسة مهمة. انخفض معدل نفوق الأشجار مع كثافة الخشب وزاد بشكل عام مع حجم الأشجار، ولكن يبدو أنه لم يتأثر بازدحام الأحياء. عبر قطع الأراضي، كان التباين في قوة المنافسة على مستوى قطعة الأرض مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالمساحة القاعدية لقطعة الأرض (أي مجموع المساحة القاعدية لجميع الأشجار في قطعة الأرض)، مع حدوث انخفاضات أكبر في النمو في الغابات ذات المساحة القاعدية العالية، ولكن في الأمازون، اختلفت قوة المنافسة أيضًا مع كثافة الخشب على مستوى قطعة الأرض. في الأمازون، زادت قوة المنافسة مع توافر المياه بسبب المساحة القاعدية الأكبر للغابات الرطبة، ولكنها كانت ضعيفة فقط فيما يتعلق بخصوبة التربة. في أفريقيا، كانت المنافسة ضعيفة الصلة بخصوبة التربة وثابتة عبر التدرج الأقصر لتوافر المياه. بشكل عام، تشير نتائجنا إلى أن المنافسة تؤثر على بنية وديناميكيات الغابات الاستوائية في المقام الأول من خلال التأثيرات على نمو الأشجار الفردية بدلاً من الوفيات وأن قوة المنافسة تعتمد إلى حد كبير على التباين بوساطة البيئة في المنطقة القاعدية.

Translated Description (French)

Résumé La concurrence entre les arbres est un facteur important de la structure et de la dynamique communautaires dans les forêts tropicales. Les arbres voisins peuvent avoir un impact sur le taux de croissance et la probabilité de mortalité d'un arbre individuel, mais la variation géographique et environnementale à grande échelle de ces effets concurrentiels n'a pas encore été évaluée dans le biome de la forêt tropicale. Nous avons quantifié les effets de la concurrence sur la croissance et la mortalité de la surface terrière au niveau des arbres pour les arbres ≥10 cm de diamètre sur 151 ~1 ha de parcelles dans les forêts tropicales matures en Amazonie et en Afrique tropicale en développant des modèles non linéaires qui tenaient compte de la densité du bois, de la taille des arbres et de l'encombrement des quartiers. À l'aide de ces modèles, nous avons évalué comment la disponibilité en eau (c.-à-d. le déficit en eau climatique) et la fertilité du sol ont influencé la force prédite de la concurrence au niveau de la placette (c.-à-d. la mesure dans laquelle la croissance est réduite ou la mortalité est augmentée par la concurrence entre tous les arbres individuels). Sur les deux continents, la croissance de la surface terrière des arbres a diminué avec la densité du bois et a augmenté avec la taille des arbres. La croissance a diminué avec l'encombrement du quartier, ce qui suggère que la concurrence est importante. La mortalité des arbres diminuait avec la densité du bois et augmentait généralement avec la taille des arbres, mais n'était apparemment pas affectée par l'encombrement du quartier. Sur toutes les parcelles, la variation de la force de la concurrence au niveau de la parcelle était plus fortement liée à la surface terrière de la parcelle (c'est-à-dire la somme de la surface terrière de tous les arbres d'une parcelle), avec des réductions plus importantes de la croissance dans les forêts à haute surface terrière, mais en Amazonie, la force de la concurrence variait également avec la densité du bois au niveau de la parcelle. En Amazonie, la force de la concurrence a augmenté avec la disponibilité de l'eau en raison de la plus grande surface terrière des forêts plus humides, mais n'était que faiblement liée à la fertilité des sols. En Afrique, la concurrence était faiblement liée à la fertilité des sols et invariante dans le gradient de disponibilité de l'eau plus court. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que la concurrence influence la structure et la dynamique des forêts tropicales principalement par ses effets sur la croissance individuelle des arbres plutôt que sur la mortalité et que la force de la concurrence dépend en grande partie de la variation de la surface terrière induitepar l'environnement.

Translated Description (Spanish)

Resumen La competencia entre árboles es un importante impulsor de la estructura y dinámica de la comunidad en los bosques tropicales. Los árboles vecinos pueden afectar la tasa de crecimiento y la probabilidad de mortalidad de un árbol individual, pero aún no se ha evaluado la variación geográfica y ambiental a gran escala en estos efectos competitivos en todo el bioma del bosque tropical. Cuantificamos los efectos de la competencia en el crecimiento y la mortalidad del área basal a nivel de los árboles para árboles de ≥10 cm de diámetro en 151 parcelas de ~1 ha en bosques tropicales maduros en la Amazonía y África tropical mediante el desarrollo de modelos no lineales que tuvieron en cuenta la densidad de la madera, el tamaño de los árboles y el hacinamiento en el vecindario. Usando estos modelos, evaluamos cómo la disponibilidad de agua (es decir, el déficit climático de agua) y la fertilidad del suelo influyeron en la fuerza de competencia prevista a nivel de parcela (es decir, la medida en que se reduce el crecimiento, o aumenta la mortalidad, por la competencia entre todos los árboles individuales). En ambos continentes, el crecimiento del área basal de los árboles disminuyó con la densidad de la madera y aumentó con el tamaño de los árboles. El crecimiento disminuyó con el hacinamiento en los barrios, lo que sugiere que la competencia es importante. La mortalidad de los árboles disminuyó con la densidad de la madera y generalmente aumentó con el tamaño de los árboles, pero aparentemente no se vio afectada por el hacinamiento en el vecindario. En todas las parcelas, la variación en la fuerza de la competencia a nivel de parcela se relacionó más fuertemente con el área basal de la parcela (es decir, la suma del área basal de todos los árboles en una parcela), con mayores reducciones en el crecimiento en los bosques con área basal alta, pero en la Amazonía, la fuerza de la competencia también varió con la densidad de madera a nivel de parcela. En la Amazonía, la fuerza de la competencia aumentó con la disponibilidad de agua debido a la mayor área basal de bosques más húmedos, pero solo estuvo débilmente relacionada con la fertilidad del suelo. En África, la competencia estaba débilmente relacionada con la fertilidad del suelo e invariante en el gradiente de disponibilidad de agua más corto. En general, nuestros resultados sugieren que la competencia influye en la estructura y la dinámica de los bosques tropicales principalmente a través de los efectos sobre el crecimiento de los árboles individuales en lugar de la mortalidad y que la fuerza de la competencia depende en gran medida de la variación mediadapor el medio ambiente en el área basal.

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Additional titles

Translated title (Arabic)
تؤثر المنافسة على نمو الأشجار، ولكن ليس الوفيات، عبر التدرجات البيئية في الأمازون وأفريقيا الاستوائية
Translated title (French)
La concurrence influence la croissance des arbres, mais pas la mortalité, dans tous les gradients environnementaux en Amazonie et en Afrique tropicale
Translated title (Spanish)
La competencia influye en el crecimiento de los árboles, pero no en la mortalidad, en los gradientes ambientales de la Amazonía y África tropical

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3014392601
DOI
10.1002/ecy.3052

Is supplement to
https://openalex.org/W948236152 (Other)
https://openalex.org/W4318538748 (Other)
https://openalex.org/W4225278849 (Other)
https://openalex.org/W3045120285 (Other)
https://openalex.org/W2774116296 (Other)
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https://openalex.org/W2142556605 (Other)
https://openalex.org/W2094975884 (Other)
https://openalex.org/W2030808037 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Ghana

References

  • https://openalex.org/W1885438864
  • https://openalex.org/W1911828934
  • https://openalex.org/W1918510935
  • https://openalex.org/W1975876789
  • https://openalex.org/W1988544343
  • https://openalex.org/W2010216127
  • https://openalex.org/W2010317530
  • https://openalex.org/W2025493039
  • https://openalex.org/W2025553684
  • https://openalex.org/W2027699181
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  • https://openalex.org/W2048605790
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  • https://openalex.org/W2081060575
  • https://openalex.org/W2092661086
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  • https://openalex.org/W2917425395
  • https://openalex.org/W2937163334