Transformación de bosques noveles a sistemas agroforestales en la región húmeda de Puerto Rico: Pasos iniciales

Abstract

Resumen de Capítulo 1: Efecto de la Composición de Especies Dominantes sobre la Cobertura Foliar de Dosel en los Bosques Noveles de la Región Húmeda de Puerto Rico - Los bosques noveles están dominados por especies introducidas que llevan a cabo importantes funciones ecológicas. En Puerto Rico, los bosques noveles pueden constituir lugares idóneos para intervenciones agroforestales que utilicen la estructura y dosel de estos rodales para incorporar cultivos de sombra, tal como el cacao y el café. Sin embargo, la composición de especies de los bosques noveles de Puerto Rico es muy variable y no se conoce el efecto que la dominancia de una u otra especie pueda tener sobre aspectos relevantes para intervenciones agroforestales. Por ejemplo, el grado de cobertura y la periodicidad de la cobertura foliar en el dosel puede tener efectos sobre la cantidad de sombra que penetra al sotobosque y a cultivos allí establecidos. Para evaluar si existe algún efecto de especie dominante sobre la cobertura foliar del dosel en los bosques noveles de Puerto Rico, tomé muestras de Índice de Área Foliar (IAF) y fenología foliar en 50 rodales de bosques noveles en la zona de vida subtropical húmeda de Puerto Rico. Las especies dominantes incluyeron Albizia procera, Castilla elastica, Delonix regia, Peltophorum pterocarpum, Spathodea campanulata y Senna siamea en rodales creciendo en diferentes sustratos geológicos. Las especies se agruparon en Fabáceas y no-Fabáceas para evaluar el efecto de filogenie sobre valores de IAF muestreado a una frecuencia bi-mensual para cada rodal. Se utilizó la prueba Kruskal-Wallis para evaluar si existían diferencias en IAF entre rodales de bosques dominados por Fabáceas y no-Fabáceas. El IAF para los periodos bimensuales entre Fabáceas y no-Fabáceas solo mostró diferencia significativa para el periodo de enero a febrero 2017 (p-valor < 0.05). El IAF por especie introducida dominante para el periodo muestreado, no tuvo diferencias significativas. Sin embargo, en comparación con las Fabáceas, las no-Fabáceas mostraron un valor mínimo de IAF de cero y valores máximos más altos. El porcentaje de cobertura foliar por periodo bimensual no mostro diferencia significativa entre periodos muestreados y bimensuales. Los rodales de bosques noveles dominados por no-Fabáceas podrían ser mejores para cultivos de sombra densa por tener valores máximos más altos, mientras que lugares dominados por Fabáceas pueden servir mejor para cultivos que requieren mayor radiación solar. Estos resultados sirven de base para la prescripción e implementación de intervenciones agroforestales con cultivos de sombra y árboles frutales comestibles en rodales de bosque novel en Puerto Rico.

Abstract for Chapter 1: Efecto de la Composición de Especies Dominantes sobre la Cobertura Foliar de Dosel en los Bosques Noveles de la Región Húmeda de Puerto Rico - Novel forests are dominated by introduced species that carry out important ecological functions. In Puerto Rico, novel forests can constitute ideal places for agroforestry interventions that use the structure and canopy of these stands to incorporate shade crops, such as cocoa and coffee. However, the species composition of the novel forests of Puerto Rico is highly variable and the effect that the dominance of one or another species may have on relevant aspects for agroforestry interventions is not known. For example, the degree of cover and the periodicity of leaf cover in the canopy can have effects on the amount of shade that penetrates the understory and crops established there. To evaluate if there is any effect of dominant species on the canopy leaf cover in Puerto Rican novel forests, I took Leaf Area Index (LAI) and leaf phenology samples in 50 young forest stands in the humid subtropical life zone of Puerto Rico. Puerto Rico. Dominant species included Albizia procera, Castilla elastica, Delonix regia, Peltophorum pterocarpum, Spathodea campanulata, and Senna siamea in stands growing on different geological substrates. The species were grouped into Fabaceae and non-Fabaceae to evaluate the effect of phylogeny on LAI values sampled at a bi-monthly frequency for each stand. I used the Kruskal-Wallis test to assess whether there are differences in LAI between Fabaceae and non-Fabaceae-dominated forest stands. The IAF for the bimonthly periods between Fabaceae and non-Fabaceae only showed a significant difference for the period from January to February 2017 (p-value < 0.05). The IAF by dominant introduced species for the sampled period had no significant differences. However, compared to Fabaceae, non-Fabaceae showed a minimum LAI value of zero and higher maximum values. The percentage of leaf cover per bimonthly period did not show a significant difference between the sampled and bimonthly periods. Novel forest stands dominated by non-Fabaceae might be better for dense shade crops because they have higher maximum values, while Fabaceae-dominated stands may be better suited for crops that require higher solar radiation. These results serve as a basis for the prescription and implementation of agroforestry interventions with shade crops and edible fruit trees in plots of novel forests in Puerto Rico.

Resumen de Capítulo 2: Crecimiento y Supervivencia de Árboles Frutales Sembrados en Bosques Noveles de la Región Húmeda de Puerto Rico - La transformación de bosques noveles a sistemas agroforestales podría ser una alternativa de manejo para mejorar la seguridad alimentaria de Puerto Rico. El potencial de bosques noveles para intervenciones agroforestales se evaluó en 34 rodales dominados por distintas especies en la región húmeda de Puerto Rico. En cada rodal, se sembraron seis árboles juveniles de las siguientes especies de frutales comestibles: café (Coffea arábica), cacao (Theobroma cacao), aguacate (Persea americana), pana (Artocarpus altilis), jácana (Pouteria multiflora) y jagua (Genipa americana). Se evaluó el crecimiento y supervivencia de cada especie y las diferencias de árboles frutales sembrados en bosques noveles dominados por especies Fabáceas y no-Fabáceas. Las siembras se realizaron durante el periodo de agosto 2017 a junio 2018. Se estimó la tasa de crecimiento en altura (cm/año), el diámetro de base (cm/año) y la tasa de supervivencia (%) de los árboles frutales después del paso del Huracán María y luego de un año de ser sembrados. Además, se utilizó Kruskal-Wallis para evaluar diferencias entre los rodales de bosque dominados por Fabáceas y no-Fabáceas. La supervivencia de los árboles frutales en el 2017, después del huracán María, no hubo diferencias significativas entre rodales dominados por Fabáceas y no-Fabáceas. En el 2019, el aguacate (H=5.37, p =0.0176, gl=1), el cacao (H=4.21, p=0.0204, gl=1) y la pana (H=9.47, p=0.0007, gl=1) tuvieron un porciento de supervivencia mayor en rodales de no-Fabáceas. La tasa de crecimiento en altura de los árboles frutales en el 2017 mostró que la jacana (H=4.83, p=0.0279, gl=1) fue mayor en las Fabáceas. En el 2019, la pana (H=42.62, p<0.0001, gl=1), la jagua (H=17.65, p<0.0001, gl=1), la jacana (H=13.12, p=0.0003, gl=1), y el cacao (H=22.58, p<0.0001, gl=1) mostraron mayor tasa de crecimiento en altura en los rodales de no-Fabáceas. La tasa de crecimiento en diámetro de base para el 2017 fue mayor en el aguacate (H=4.08, p=0.0571, gl=1) y la pana (H=6.00, p=0.0159, gl=1) para rodales de no-Fabáceas. En el 2019, la pana (H=15.21, p=0.0001, gl=1) mostró un mayor crecimiento en diámetro de base en no-Fabáceas. Los resultados demuestran que los rodales de bosque novel dominados por no-Fabáceas pueden ser mejores que aquellos dominados por Fabáceas para siembras agroforestales de frutales. Es posible que rodales dominados por no-Fabáceas favorezcan el crecimiento de las especies sembradas debido a una cobertura de dosel más densa, mayor sombra y los efectos que este puede tener en el microclima del rodal. En el Capítulo 1, las no-Fabáceas mostraron un valor máximo de 9.98, más alto que las Fabáceas. Las altas tasas de supervivencia en rodales dominados por no-Fabáceas pueden asegurar al establecimiento de sistemas agroforestales productivos a largo plazo. Este estudio sienta las bases para la transformación de bosques noveles a sistemas agroforestales productivos.

Abstract for Chapter 2: Crecimiento y Supervivencia de Árboles Frutales Sembrados en Bosques Noveles de la Región Húmeda de Puerto Rico - The transformation of novel forests to agroforestry systems could be a management alternative to improve food security in Puerto Rico. The potential of novel forests for agroforestry interventions was evaluated in 34 plots dominated by different species in the humid region of Puerto Rico. In each stand, six young trees of the following edible fruit species were planted: coffee (Coffea arabica), cocoa (Theobroma cacao), avocado (Persea americana), pana (Artocarpus altilis), jácana (Pouteria multiflora) and jagua (Genipa American). The growth and survival of each species and the differences between fruit trees planted in novel forests dominated by Fabaceous and non-Fabaceous species were evaluated. The plantings were carried out during the period from August 2017 to June 2018. The growth rate in height (cm/year), the base diameter (cm/year), and the survival rate (%) of the fruit trees were also estimated after the passage of Hurricane María and after one year of being planted. Kruskal-Wallis was used to assess differences in the dominated forest plots between Fabaceae and non-Fabaceae. The survival of fruit trees in 2017, after Hurricane María, there were no significant differences between stands dominated by Fabaceae and non-Fabaceae. In 2019, avocado (H=5.37, p=0.0176, gl=1), cocoa (H=4.21, p=0.0204, gl=1) and breadfruit (H=9.47, p=0.0007, gl=1) had a higher survival rate in non-Fabaceae plots. The height growth rate of the fruit trees in 2017 showed that the jacana (H=4.83, p=0.0279, gl=1) was higher in Fabaceae. In 2019, the breadfruit (H=42.62, p<0.0001, gl=1), the jagua (H=17.65, p<0.0001, gl=1), the jacana (H=13.12, p=0.0003, gl=1), and cocoa (H=22.58, p<0.0001, gl=1) showed higher growth rate in height in non-Fabaceae plots. The base diameter growth rate for 2017 was higher for avocado (H=4.08, p=0.0571, gl=1) and breadfruit (H=6.00, p=0.0159, gl=1) in non-Fabaceae. In 2019, breadfruit (H=15.21, p=0.0001, gl=1) showed higher base diameter growth in non-Fabaceae. The results show the novel forest dominated by non-Fabaceae may be better than those dominated by Fabaceae for agroforestry plantings of fruit trees. It is possible that plots dominated by non-Fabaceae favor the growth of the planted species due to a denser canopy cover, more shade, and the effects that this can have on the microclimate of the plot. In Chapter 1, non-Fabaceae showed a maximum value of 9.98, higher than Fabaceae. High survival rates in stands dominated by non-Fabaceae can ensure the establishment of long-term productive agroforestry systems. This study lays the foundations for the transformation of novel forests into productive agroforestry systems.