Biogeosciences (Apr 2016)
Climate seasonality limits leaf carbon assimilation and wood productivity in tropical forests
- F. H. Wagner,
- B. Hérault,
- D. Bonal,
- C. Stahl,
- L. O. Anderson,
- T. R. Baker,
- G. S. Becker,
- H. Beeckman,
- D. Boanerges Souza,
- P. C. Botosso,
- D. M. J. S. Bowman,
- A. Bräuning,
- B. Brede,
- F. I. Brown,
- J. J. Camarero,
- P. B. Camargo,
- F. C. G. Cardoso,
- F. A. Carvalho,
- W. Castro,
- R. K. Chagas,
- J. Chave,
- E. N. Chidumayo,
- D. A. Clark,
- F. R. C. Costa,
- C. Couralet,
- P. H. da Silva Mauricio,
- H. Dalitz,
- V. R. de Castro,
- J. E. de Freitas Milani,
- E. C. de Oliveira,
- L. de Souza Arruda,
- J.-L. Devineau,
- D. M. Drew,
- O. Dünisch,
- G. Durigan,
- E. Elifuraha,
- M. Fedele,
- L. Ferreira Fedele,
- A. Figueiredo Filho,
- C. A. G. Finger,
- A. C. Franco,
- J. L. Freitas Júnior,
- F. Galvão,
- A. Gebrekirstos,
- R. Gliniars,
- P. M. L. D. A. Graça,
- A. D. Griffiths,
- J. Grogan,
- K. Guan,
- J. Homeier,
- M. R. Kanieski,
- L. K. Kho,
- J. Koenig,
- S. V. Kohler,
- J. Krepkowski,
- J. P. Lemos-Filho,
- D. Lieberman,
- M. E. Lieberman,
- C. S. Lisi,
- T. Longhi Santos,
- J. L. López Ayala,
- E. E. Maeda,
- Y. Malhi,
- V. R. B. Maria,
- M. C. M. Marques,
- R. Marques,
- H. Maza Chamba,
- L. Mbwambo,
- K. L. L. Melgaço,
- H. A. Mendivelso,
- B. P. Murphy,
- J. J. O'Brien,
- S. F. Oberbauer,
- N. Okada,
- R. Pélissier,
- L. D. Prior,
- F. A. Roig,
- M. Ross,
- D. R. Rossatto,
- V. Rossi,
- L. Rowland,
- E. Rutishauser,
- H. Santana,
- M. Schulze,
- D. Selhorst,
- W. R. Silva,
- M. Silveira,
- S. Spannl,
- M. D. Swaine,
- J. J. Toledo,
- M. M. Toledo,
- M. Toledo,
- T. Toma,
- M. Tomazello Filho,
- J. I. Valdez Hernández,
- J. Verbesselt,
- S. A. Vieira,
- G. Vincent,
- C. Volkmer de Castilho,
- F. Volland,
- M. Worbes,
- M. L. B. Zanon,
- L. E. O. C. Aragão
Affiliations
- F. H. Wagner
- Remote Sensing Division, National Institute for Space Research – INPE, São José dos Campos 12227-010, SP, Brazil
- B. Hérault
- CIRAD, UMR Ecologie des Forêts de Guyane, Kourou 97379, France
- D. Bonal
- INRA, UMR EEF 1137, Champenoux 54280, France
- C. Stahl
- INRA, UMR Ecologie des Forêts de Guyane, Kourou 97387, France
- L. O. Anderson
- National Center for Monitoring and Early Warning of Natural Disasters – CEMADEN, São José dos Campos 12.247-016, SP, Brazil
- T. R. Baker
- School of Geography, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK
- G. S. Becker
- Institute of Botany, University of Hohenheim, 70593 Stuttgart, Germany
- H. Beeckman
- Laboratory for Wood Biology and Xylarium, Royal Museum for Central Africa, Tervuren 3080, Belgium
- D. Boanerges Souza
- Programa de Pós-graduação em Ciências de Florestas Tropicais, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus 69067-375, AM, Brazil
- P. C. Botosso
- Embrapa Florestas, Brazilian Agricultural Research Corporation, Colombo 83411-000, PR, Brazil
- D. M. J. S. Bowman
- School of Biological Sciences, University of Tasmania, Hobart 7001, Tasmania, Australia
- A. Bräuning
- Institute of Geography, University of Erlangen-Nuremberg, 91058 Erlangen, Germany
- B. Brede
- Laboratory of Geo-information Science and Remote Sensing, Wageningen University, Wageningen 6708PB, the Netherlands
- F. I. Brown
- Centro de Ciências Biológicas e da Natureza, Laboratóio de Botânica e Ecologia Vegetal, Universidade Federal Do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- J. J. Camarero
- Instituto Pirenaico de Ecologia, Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (IPE-CSIC), Zaragoza 50059, Spain
- P. B. Camargo
- Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Laboratóio de Ecologia Isotópica, Universidade de SÃo Paulo, Piracicaba 13416903, SP, Brazil
- F. C. G. Cardoso
- Departamento de Botânica, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 81531-980, PR, Brazil
- F. A. Carvalho
- Departamento de Botânica, Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Juiz de Fora 36015-260, MG, Brazil
- W. Castro
- Programa de Pós-Graduação Ecologia e Manejo de Recursos Naturais, Universidade Federal do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- R. K. Chagas
- Departamento de Ecologia do Instituto de Biociências, Universidade de São Paulo (USP), São Paulo 05508-090, SP, Brazil
- J. Chave
- UMR 5174 Laboratoire Evolution et DiversitéBiologique, CNRS & UniversitéPaul Sabatier, Toulouse 31062, France
- E. N. Chidumayo
- Biological Sciences Department, University of Zambia, Lusaka Box 32379, Zambia
- D. A. Clark
- Department of Biology, University of Missouri-St. Louis, Saint Louis 63121, MO, USA
- F. R. C. Costa
- Coordenação de Pesquisas em Biodiversidade, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus 69080-971, AM, Brazil
- C. Couralet
- Laboratory for Wood Biology and Xylarium, Royal Museum for Central Africa, Tervuren 3080, Belgium
- P. H. da Silva Mauricio
- Centro de Ciências Biológicas e da Natureza, Laboratóio de Botânica e Ecologia Vegetal, Universidade Federal Do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- H. Dalitz
- Institute of Botany, University of Hohenheim, 70593 Stuttgart, Germany
- V. R. de Castro
- Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa 36570-000, MG, Brazil
- J. E. de Freitas Milani
- Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 80210-170, PR, Brazil
- E. C. de Oliveira
- Centro de Ciêcias Biológicas e da Natureza, Laboratório de Botânica e Ecologia Vegetal, Universidade Federal do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- L. de Souza Arruda
- Prefeitura Municipal de Rio Branco, Rio Branco 69900-901, AC, Brazil
- J.-L. Devineau
- Département Hommes, Natures, Sociétés, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et UMR 208 Patrimoines Locaux et Gouvernance, Paris 75231 Cedex 05, France
- D. M. Drew
- Dept. Forest and Wood Science, University of Stellenbosch, Stellenbosch 7600, South Africa
- O. Dünisch
- Meisterschule Ebern für das Schreinerhandwerk, 96106 Ebern, Germany
- G. Durigan
- Floresta Estadual de Assis, Assis 19802-970, SP, Brazil
- E. Elifuraha
- Tanzania Forestry Research Institute (TAFORI), Dodoma P.O. Box 1576, Tanzania
- M. Fedele
- Departamento de Ciências Florestais, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba 13418-900, SP, Brazil
- L. Ferreira Fedele
- Departamento de Ciências Florestais, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba 13418-900, SP, Brazil
- A. Figueiredo Filho
- Departamento de Engenharia Florestal – DEF, Universidade Estadual do Centro-Oeste, Irati 84500-000, PR, Brazil
- C. A. G. Finger
- Departamento de Ciências Florestais, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria 97105-9000, RS, Brazil
- A. C. Franco
- Departamento de Botânica, Laboratório de Fisiologia Vegetal, Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Brasília 70904-970, DF, Brazil
- J. L. Freitas Júnior
- Programa de Pós-Graduação Ecologia e Manejo de Recursos Naturais, Universidade Federal do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- F. Galvão
- Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 80210-170, PR, Brazil
- A. Gebrekirstos
- World Agroforestry Centre (ICRAF), Nairobi P.O. Box 30677-00100, Kenya
- R. Gliniars
- Institute of Botany, University of Hohenheim, 70593 Stuttgart, Germany
- P. M. L. D. A. Graça
- Coordenação de Pesquisa em Ecologia, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus C.P. 478 69011-970, AM, Brazil
- A. D. Griffiths
- Departement of Land Resource Management, Northern Territory Government, Palmerston NT 0831 , Australia
- J. Grogan
- Department of Biological Sciences, Mount Holyoke College, South Hadley 01075, MA, USA
- K. Guan
- Department of Earth System Science, Stanford University, Stanford 94305, CA, USA
- J. Homeier
- Department of Plant Ecology, Albrecht von Haller Institute of Plant Sciences, University of Göttingen, 37073 Göttingen, Germany
- M. R. Kanieski
- Departamento de Engenharia Florestal, Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC, Lages 88520-000, SC, Brazil
- L. K. Kho
- Tropical Peat Research Institute, Biological Research Division, Malaysian Palm Oil Board, Selangor 43000, Malaysia
- J. Koenig
- Research Institute for Environment and Livelihoods, Charles Darwin University, Darwin NT 0909, Australia
- S. V. Kohler
- Departamento de Engenharia Florestal – DEF, Universidade Estadual do Centro-Oeste, Irati 84500-000, PR, Brazil
- J. Krepkowski
- Institute of Geography, University of Erlangen-Nuremberg, 91058 Erlangen, Germany
- J. P. Lemos-Filho
- Departamento de Botânica, Instituto de Ciências Biologicas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte 31270-901, MG, Brazil
- D. Lieberman
- Division of Science & Environmental Policy, California State University Monterey Bay, Seaside 93955, CA, USA
- M. E. Lieberman
- Division of Science & Environmental Policy, California State University Monterey Bay, Seaside 93955, CA, USA
- C. S. Lisi
- Departamento de Ciências Florestais, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba 13418-900, SP, Brazil
- T. Longhi Santos
- Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 80210-170, PR, Brazil
- J. L. López Ayala
- Programa Forestal, Colegio de Postgraduados, Montecillo 56230, México
- E. E. Maeda
- Department of Geosciences and Geography, University of Helsinki, Helsinki 00014, Finland
- Y. Malhi
- School of Geography and the Environment, University of Oxford, Oxford OX1 3QY, UK
- V. R. B. Maria
- Departamento de Ciências Florestais, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba 13418-900, SP, Brazil
- M. C. M. Marques
- Departamento de Botânica, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 81531-980, PR, Brazil
- R. Marques
- Departamento de Solos e Engenharia Agrícola, Universidade Federal do Paraná, Curitiba 80035-050, PR, Brazil
- H. Maza Chamba
- Laboratoria de Dendrochronologia y Anatomia de Maderas Espinoza, Universidad Nacional de Loja, Loja EC110103, Ecuador
- L. Mbwambo
- Tanzania Forestry Research Institute (TAFORI), Morogoro P.O. Box 1854, Tanzania
- K. L. L. Melgaço
- Coordenação de Pesquisas em Biodiversidade, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus 69080-971, AM, Brazil
- H. A. Mendivelso
- Instituto Pirenaico de Ecologia, Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (IPE-CSIC), Zaragoza 50059, Spain
- B. P. Murphy
- Research Institute for the Environment and Livelihoods, Charles Darwin University, Darwin NT 0909, Australia
- J. J. O'Brien
- Center for Forest Disturbance Science, USDA Forest Service, Athens 30607, GA, USA
- S. F. Oberbauer
- Department of Biological Sciences, Florida International University, Miami 33199, FL, USA
- N. Okada
- Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto 606-8501, Japan
- R. Pélissier
- Institut Français de Pondicherry, Puducherry 6005001, India
- L. D. Prior
- School of Biological Sciences, University of Tasmania, Hobart 7001, Tasmania, Australia
- F. A. Roig
- Tree Ring and Environmental History Laboratory, Instituto Argentino de Nivología, Glaciología y Ciencias Ambientales – CONICET, Mendoza 5500, Argentina
- M. Ross
- Department of Earth and Environment, Southeast Environmental Research Center, Florida International University, Miami 33199, FL, USA
- D. R. Rossatto
- Departamento de Biologia Aplicada, FCAV, Universidade Estadual Paulista, UNESP, Jaboticabal 14884-000, SP, Brazil
- V. Rossi
- UR B&SEF (Biens et services des écosystèmes forestiers tropicaux), CIRAD, Yaoundé BP 2572, Cameroon
- L. Rowland
- School of Geosciences, University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3FF, UK
- E. Rutishauser
- CarboForExpert, Geneva 1211, Switzerland
- H. Santana
- Coordenação de Pesquisas em Biodiversidade, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus 69080-971, AM, Brazil
- M. Schulze
- HJ Andrews Experimental Forest, Oregon State University, Blue River 97413, OR, USA
- D. Selhorst
- Ibama, Rio Branco 69907-150, AC, Brazil
- W. R. Silva
- PRONAT – Programa de Pós-Graduação em Recurso Naturais, Universidade Federal de Roraima – UFRR, Boa Vista 69310-000, RR, Brazil
- M. Silveira
- Centro de Ciências Biológicas e da Natureza, Laboratóio de Botânica e Ecologia Vegetal, Universidade Federal Do Acre, Rio Branco 69915-559, AC, Brazil
- S. Spannl
- Institute of Geography, University of Erlangen-Nuremberg, 91058 Erlangen, Germany
- M. D. Swaine
- School of Biological Sciences, University of Aberdeen, Aberdeen AB24 2TZ, UK
- J. J. Toledo
- Departamento de Ciências Ambientais, Universidade Federal do Amapá, Macapá 68902-280, AP, Brazil
- M. M. Toledo
- Embrapa Cocais, Brazilian Agricultural Research Corporation, São Luiz 65066-190, MA, Brazil
- M. Toledo
- Instituto Boliviano de Investigacion Forestal (IBIF), Universidad Autonoma Gabriel René Moreno, Santa Cruz de la Sierra CP 6201, Bolivia
- T. Toma
- Department of Forest Vegetation, Forestry and Forest Products Research Institute (FFPRI), Ibaraki 305-8687, Japan
- M. Tomazello Filho
- Departamento de Ciências Florestais, Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba 13418-900, SP, Brazil
- J. I. Valdez Hernández
- Programa Forestal, Colegio de Postgraduados, Montecillo 56230, México
- J. Verbesselt
- Laboratory of Geo-information Science and Remote Sensing, Wageningen University, Wageningen 6708PB, the Netherlands
- S. A. Vieira
- Núcleo de Estudos e Pesquisas Ambientais (NEPAM), Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas 13083-867, SP, Brazil
- G. Vincent
- UMR AMAP (botAnique et bioinforMatique de l'Architecture des Plantes), IRD, Montpellier 34398, France
- C. Volkmer de Castilho
- Embrapa Roraima, Brazilian Agricultural Research Corporation, Boa Vista 69301-970, RR, Brazil
- F. Volland
- Institute of Geography, University of Erlangen-Nuremberg, 91058 Erlangen, Germany
- M. Worbes
- Crop Production Systems in the Tropics, Georg-August-University, 37077 Göttingen, Germany
- M. L. B. Zanon
- Departamento de Engenharia Florestal, Centro de Educação Superior Norte, Universidade Federal de Santa Maria, Frederico Westphalen 98400-000, RS, Brazil
- L. E. O. C. Aragão
- Remote Sensing Division, National Institute for Space Research – INPE, São José dos Campos 12227-010, SP, Brazil
- DOI
- https://doi.org/10.5194/bg-13-2537-2016
- Journal volume & issue
-
Vol. 13,
no. 8
pp. 2537 – 2562
Abstract
The seasonal climate drivers of the carbon cycle in tropical forests remain poorly known, although these forests account for more carbon assimilation and storage than any other terrestrial ecosystem. Based on a unique combination of seasonal pan-tropical data sets from 89 experimental sites (68 include aboveground wood productivity measurements and 35 litter productivity measurements), their associated canopy photosynthetic capacity (enhanced vegetation index, EVI) and climate, we ask how carbon assimilation and aboveground allocation are related to climate seasonality in tropical forests and how they interact in the seasonal carbon cycle. We found that canopy photosynthetic capacity seasonality responds positively to precipitation when rainfall is < 2000 mm yr−1 (water-limited forests) and to radiation otherwise (light-limited forests). On the other hand, independent of climate limitations, wood productivity and litterfall are driven by seasonal variation in precipitation and evapotranspiration, respectively. Consequently, light-limited forests present an asynchronism between canopy photosynthetic capacity and wood productivity. First-order control by precipitation likely indicates a decrease in tropical forest productivity in a drier climate in water-limited forest, and in current light-limited forest with future rainfall < 2000 mm yr−1.