Plant–soil interactions maintain biodiversity and functions of tropical forest ecosystems
Creators
- 1. Forestry and Forest Products Research Institute
- 2. Kyoto University
- 3. Kōchi University
- 4. Smithsonian Tropical Research Institute
Description
Abstract Tropical forests are characterized by high biodiversity and aboveground biomass growing on strongly weathered soils. However, the distribution of plant species and soils are highly variable even within a tropical region. This paper reviews existing and novel knowledge on soil genesis, plant and microbial physiology, and biogeochemistry. Typically, forests in Southeast Asia are dominated by dipterocarps growing on acidic Ultisols from relatively young parent material. In the Neotropics and Africa, forests contain abundant legume trees growing on Oxisols developed in the older parent materials on stable continental shields. In Southeast Asia, the removal of base cations from the surface soil due to leaching and uptake by dipterocarp trees result in intensive acidification and accumulation of exchangeable Al 3+ , which is toxic to most plants. Nutrient mining by ectomycorrhizal fungi and efficient allocation within tree organs can supply phosphorus (P) for reproduction (e.g., mast fruiting) even on P‐limited soils. In the Neotropics and Africa, nitrogen (N) fixation by legume trees can ameliorate N or P limitation but excess N can promote acidification through nitrification. Biological weathering [e.g., plant silicon (Si) cycling] and leaching can lead to loss of Si from soil. The resulting accumulation of Al and Fe oxides in Oxisols that can reduce P solubility through sorption and lead to limitation of P relative to N. Thus, geographical variation in geology and plant species drives patterns of soil weathering and niche differentiation at the global scale in tropical forests.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتميز الغابات الاستوائية بالتنوع البيولوجي المرتفع والكتلة الحيوية فوق الأرض التي تنمو على تربة شديدة التجوية. ومع ذلك، فإن توزيع الأنواع النباتية والتربة متغير للغاية حتى داخل المنطقة الاستوائية. تستعرض هذه الورقة المعرفة الحالية والجديدة حول نشأة التربة، وعلم وظائف الأعضاء النباتية والميكروبية، والكيمياء الجيولوجية الحيوية. عادة، تهيمن على الغابات في جنوب شرق آسيا الشجيرات ثنائية الأجنحة التي تنمو على Ultisols الحمضية من المواد الأم الشابة نسبيًا. في المناطق المدارية الحديثة وأفريقيا، تحتوي الغابات على أشجار البقوليات الوفيرة التي تنمو على الأوكسيسولات التي تم تطويرها في المواد الأصلية القديمة على الدروع القارية المستقرة. في جنوب شرق آسيا، تؤدي إزالة الكاتيونات الأساسية من التربة السطحية بسبب الرشح والامتصاص بواسطة أشجار الرصيف الثنائي إلى التحمض المكثف وتراكم Al 3+ القابل للتبديل، وهو سام لمعظم النباتات. يمكن لتعدين المغذيات عن طريق الفطريات الجذرية الخارجية والتخصيص الفعال داخل أعضاء الشجرة أن يوفر الفوسفور (P) للتكاثر (على سبيل المثال، ثمار الصاري) حتى على التربة المحدودة. في المناطق المدارية الحديثة وأفريقيا، يمكن أن يؤدي تثبيت النيتروجين (N) بواسطة أشجار البقوليات إلى تحسين قيود N أو P ولكن يمكن أن يعزز N الزائد التحمض من خلال النترجة. يمكن أن يؤدي التجوية البيولوجية [على سبيل المثال، تدوير السيليكون النباتي (Si)] والترشيح إلى فقدان Si من التربة. إن التراكم الناتج لأكاسيد Al و Fe في الأوكسيسولات التي يمكن أن تقلل من ذوبان P من خلال الامتزاز وتؤدي إلى الحد من P بالنسبة إلى N. وبالتالي، فإن التباين الجغرافي في الجيولوجيا والأنواع النباتية يدفع أنماط تجوية التربة والتمايز المتخصص على النطاق العالمي في الغابات الاستوائية.Translated Description (French)
Résumé Les forêts tropicales se caractérisent par une grande biodiversité et une biomasse aérienne poussant sur des sols fortement altérés. Cependant, la répartition des espèces végétales et des sols est très variable même au sein d'une région tropicale. Cet article passe en revue les connaissances existantes et nouvelles sur la genèse du sol, la physiologie végétale et microbienne et la biogéochimie. En règle générale, les forêts d'Asie du Sud-Est sont dominées par des diptérocarpes qui poussent sur des ultisols acides provenant de parents relativement jeunes. Dans les Néotropiques et en Afrique, les forêts contiennent des légumineuses abondantes poussant sur des Oxisols développés dans les matériaux parents plus anciens sur des boucliers continentaux stables. En Asie du Sud-Est, l'élimination des cations basiques du sol de surface en raison du lessivage et de l'absorption par les diptérocarpes entraîne une acidification intensive et une accumulation d'Al 3+ échangeable, toxique pour la plupart des plantes. L'extraction des nutriments par les champignons ectomycorhiziens et l'allocation efficace dans les organes des arbres peuvent fournir du phosphore (P) pour la reproduction (par exemple, la fructification des mâts) même sur des sols limités en P. Dans les néotropiques et en Afrique, la fixation de l'azote (N) par les légumineuses peut améliorer la limitation de l'azote ou du phosphore, mais l'excès d'azote peut favoriser l'acidification par nitrification. L'altération biologique [par exemple, le cycle du silicium (Si) des plantes] et la lixiviation peuvent entraîner une perte de Si dans le sol. L'accumulation d'oxydes d'Al et de Fe dans les oxisols qui en résulte peut réduire la solubilité du P par sorption et entraîner une limitation du P par rapport au N. Ainsi, la variation géographique de la géologie et des espèces végétales entraîne des modèles d'altération des sols et de différenciation des niches à l'échelle mondiale dans les forêts tropicales.Translated Description (Spanish)
Resumen Los bosques tropicales se caracterizan por una alta biodiversidad y una biomasa sobre el suelo que crece en suelos fuertemente erosionados. Sin embargo, la distribución de especies de plantas y suelos es muy variable incluso dentro de una región tropical. Este documento revisa el conocimiento existente y novedoso sobre la génesis del suelo, la fisiología vegetal y microbiana y la biogeoquímica. Por lo general, los bosques en el sudeste asiático están dominados por dipterocarpios que crecen en Ultisoles ácidos a partir de material parental relativamente joven. En el Neotrópico y África, los bosques contienen abundantes árboles leguminosos que crecen en Oxisoles desarrollados en los materiales parentales más antiguos en escudos continentales estables. En el sudeste asiático, la eliminación de cationes básicos de la superficie del suelo debido a la lixiviación y la absorción por parte de los árboles dipterocarpios da como resultado una acidificación intensiva y la acumulación de Al 3+ intercambiable, que es tóxico para la mayoría de las plantas. La extracción de nutrientes por parte de los hongos ectomicorrícicos y la asignación eficiente dentro de los órganos de los árboles pueden suministrar fósforo (P) para la reproducción (por ejemplo, la fructificación del mástil) incluso en suelos con Plimitado. En el Neotrópico y África, la fijación de nitrógeno (N) por los árboles leguminosos puede mejorar la limitación de N o P, pero el exceso de N puede promover la acidificación a través de la nitrificación. La meteorización biológica [por ejemplo, el ciclo del silicio vegetal (Si)] y la lixiviación pueden conducir a la pérdida de Si del suelo. La acumulación resultante de óxidos de Al y Fe en Oxisoles puede reducir la solubilidad de P a través de la sorción y conducir a la limitación de P en relación con N. Por lo tanto, la variación geográfica en la geología y las especies de plantas impulsa los patrones de meteorización del suelo y la diferenciación de nichos a escala global en los bosques tropicales.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحافظ التفاعلات بين النباتات والتربة على التنوع البيولوجي ووظائف النظم الإيكولوجية للغابات المدارية
- Translated title (French)
- Les interactions plantes-sol maintiennent la biodiversité et les fonctions des écosystèmes forestiers tropicaux
- Translated title (Spanish)
- Las interacciones planta-suelo mantienen la biodiversidad y las funciones de los ecosistemas forestales tropicales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2770290978
- DOI
- 10.1007/s11284-017-1511-y
References
- https://openalex.org/W1525441519
- https://openalex.org/W1935199567
- https://openalex.org/W1965984276
- https://openalex.org/W1971771373
- https://openalex.org/W1972291367
- https://openalex.org/W1973815825
- https://openalex.org/W1976955014
- https://openalex.org/W1978287036
- https://openalex.org/W1980680725
- https://openalex.org/W1981237360
- https://openalex.org/W1982198599
- https://openalex.org/W1982692263
- https://openalex.org/W1983998453
- https://openalex.org/W1992998140
- https://openalex.org/W1993313895
- https://openalex.org/W1999225904
- https://openalex.org/W2001103964
- https://openalex.org/W2002508854
- https://openalex.org/W2008871863
- https://openalex.org/W2017270036
- https://openalex.org/W2020661042
- https://openalex.org/W2021369172
- https://openalex.org/W2025670780
- https://openalex.org/W2026049880
- https://openalex.org/W2033214371
- https://openalex.org/W2034516855
- https://openalex.org/W2038859578
- https://openalex.org/W2039488191
- https://openalex.org/W2040125028
- https://openalex.org/W2041383474
- https://openalex.org/W2053017269
- https://openalex.org/W2053820642
- https://openalex.org/W2054320288
- https://openalex.org/W2055764430
- https://openalex.org/W2063733074
- https://openalex.org/W2065582616
- https://openalex.org/W2069903502
- https://openalex.org/W2076768304
- https://openalex.org/W2080373178
- https://openalex.org/W2083861294
- https://openalex.org/W2085958776
- https://openalex.org/W2086069227
- https://openalex.org/W2090013292
- https://openalex.org/W2091698369
- https://openalex.org/W2093514921
- https://openalex.org/W2095993542
- https://openalex.org/W2099271921
- https://openalex.org/W2099476391
- https://openalex.org/W2099876566
- https://openalex.org/W2109837401
- https://openalex.org/W2113285139
- https://openalex.org/W2113861308
- https://openalex.org/W2116465143
- https://openalex.org/W2116807762
- https://openalex.org/W2117765329
- https://openalex.org/W2119009055
- https://openalex.org/W2121348618
- https://openalex.org/W2121592212
- https://openalex.org/W2123638813
- https://openalex.org/W2128544012
- https://openalex.org/W2129324373
- https://openalex.org/W2138353304
- https://openalex.org/W2138540827
- https://openalex.org/W2138925628
- https://openalex.org/W2144160962
- https://openalex.org/W2147201378
- https://openalex.org/W2147538849
- https://openalex.org/W2152875269
- https://openalex.org/W2154284594
- https://openalex.org/W2154392986
- https://openalex.org/W2155254944
- https://openalex.org/W2158614840
- https://openalex.org/W2159917767
- https://openalex.org/W2160351152
- https://openalex.org/W2164695205
- https://openalex.org/W2167858849
- https://openalex.org/W2173986099
- https://openalex.org/W2289720091
- https://openalex.org/W2317869783
- https://openalex.org/W2320023580
- https://openalex.org/W2324980489
- https://openalex.org/W2401650652
- https://openalex.org/W2531880886
- https://openalex.org/W2553548740
- https://openalex.org/W2560152191
- https://openalex.org/W3013191529
- https://openalex.org/W412068002
- https://openalex.org/W4206049288
- https://openalex.org/W4206174379
- https://openalex.org/W4230644969
- https://openalex.org/W4235053446
- https://openalex.org/W4248796098
- https://openalex.org/W4255142057
- https://openalex.org/W4291732559
- https://openalex.org/W4298407064
- https://openalex.org/W66361848