Evaluación de daños causados por insectos herbívoros en tres estadios de sucesión secundaria de bosque tropical seco en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR DE GANDIA IN G E N I E R Í A TÉ C N I C A FO R E S T A L “Evaluación de daños causados por insectos herbívoros en tres estadíos de sucesión secundaria de Bosque Tropical Seco en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica” TRABAJO FINAL DE CARRERA Autor/es: Javier Heredia Heredero Pablo Ruiz Giménez Director/es: D. Julio Calvo Alvarado GANDIA, 2011 1 EVALUACIÓN DE DAÑOS CAUSADOS POR INSECTOS HERBÍVOROS EN TRES ESTADÍOS DE SUCESIÓN SECUNDARIA DE BOSQUE TROPICAL SECO EN EL PARQUE NACIONAL SANTA ROSA, GUANACASTE, COSTA RICA Pablo Ruiz Giménez1 Javier Heredia Heredero2 RESUMEN Se estudió la abundancia de insectos herbívoros masticadores, causantes de agallas y minadores en tres estadíos sucesionales del Bosque Seco Tropical, establecidos en nueve parcelas permanentes del proyecto Tropi-Dry en el Parque Nacional de Santa Rosa. Se recolectaron hojas dañadas de varios individuos en cada una de las nueve parcelas a diferentes estratos, para posteriormente ser escaneadas y sometidas a un análisis digital utilizando el software de acceso libre Paint.Net. Para una mayor compresión del nivel de daño se hizo un análisis de los datos a través de una tabla de contingencia en la cual se estipuló la hipótesis nula, en la que no había relación entre el estadío y el tipo de daño. Para comprobar si esto era cierto se realizó una prueba ji-cuadrado dando como resultado una alpha menor a 0,05 por lo que se rechazó la hipótesis nula, confirmando que sí que existía una relación entre el estadío y el tipo de daño obteniendo como resultados que los insectos masticadores fueron los que más individuos y especies habían afectado, en todos los estadíos, concretamente destacando en el temprano, estadío en el cual los insectos cecidógenos registraron también su nivel máximo. Al contrario de los insectos anteriores, los minadores alcanzaron el máximo en el estadío tardío. Palabras clave: Herbivoría, Bosque seco tropical, Masticadores, Minadores, Agallas, Costa Rica. 1 Escuela Politécnica Superior de Gandia. [email protected] 2 Escuela Politécnica Superior de Gandia. [email protected] 2 INTRODUCCIÓN En las Américas, los bosques secos tropicales han sido los principales ecosistemas para los asentamientos humanos (Murphy y Lugo 1986; Sanchez-Azofeifa et al. 2005). También son uno de los ecosistemas más amenazados y particularmente vulnerables al cambio de uso del suelo. Actividades como extracción de madera, agricultura, pastos, silvicultura, prácticas mineras y actividades urbanísticas, además de diversos factores políticos y económicos, han aumentado la presión antropogénica en estos ecosistemas, lo que conduce a alteraciones severas y a la eliminación generalizada del hábitat (Janzen 1986; Denevan 1992; Guariguata y Ostertag 2001; Chaves 2002; Esquivel et al. 2003, Sanchez-Azofeifa et al. 2005; Miles et al. 2006; Nassar et al. 2008; Quesada et al. 2009). El Parque Nacional Santa Rosa conserva la muestra más importante de bosque seco tropical de Centroamérica y ha sido símbolo de los procesos de conservación y restauración del mismo, siendo uno de los pocos reductos conservados que existen en el mundo (CCAD 2006). El uso actual y abandono de estos ecosistemas hacen que la sucesión secundaria sea la condición más frecuente de los bosques secos tropicales en la actualidad y en las próximas décadas (Chaves 2002; Nassar et al. 2008). Grandes extensiones de terreno, utilizadas históricamente para la ganadería extensiva, hoy en día están siendo regeneradas por medios naturales (Spittler 2002; CCAD 2006); agilizados por la reducción de los incendios y el gran papel de los dispersores y polinizadores. Además, los pequeños parches remanentes de bosque seco menos alterados tienen una alta probabilidad de colonizar estos pastos debido a la conectividad que existe entre el PN Santa Rosa y las otras áreas pertenecientes al Área de Conservación Guanacaste (CCAD 2006). El surgimiento de los bosques secundarios se ha incrementado, pero no así los estudios sobre los mismos, ya que la mayoría de las investigaciones se han orientado hacia los bosques húmedos (Chaves 2002; Hernández et al 2002), además en la actualidad no existen métodos normalizados para evaluar la situación y complejidad de los bosques secos (Nassar et al 2008). Debido a lo anterior es que Costa Rica se integra a Tropi-Dry, una red de investigación colaborativa patrocinada por el Instituto Interamericano para Investigación del Cambio Global (IAI) e integrada por investigadores e instituciones de Brasil, Canadá, Cuba, México, Estados Unidos de América y Venezuela. Dicho proyecto busca reunir a investigadores de distintas áreas para desarrollar una solución y comprensión de la situación de los bosques tropicales secos (primarios y secundarios) en las Américas. El proyecto Tropi-Dry examina cinco componentes biofísicos de los bosques secos dentro de los cuales se identifica el estudio de la herviboría dentro del componente que estudia las interacciones bióticas de mayor influencia en los bosques sucesionales (Nassar et al 2008). Las relaciones tróficas entre las plantas y los animales se definen como herviboría. La mayoría de los estudios muestran que el daño por herbívoros afecta negativamente la reproducción y la supervivencia de 3 las plantas (Mariano, 2005). De acuerdo con el mismo autor, cuando los herbívoros remueven parte del tejido foliar de una planta reducen el área fotosintética y por consecuencia la capacidad de sintetizar glúcidos, pero también se produce una pérdida de reservas de nutrientes y carbono almacenadas en las hojas. El efecto inmediato es la pérdida de recursos que la planta usa para crecimiento y reproducción. Se encontró que en bosques temblados de América del Sur, plantas ubicadas en zonas con menor disponibilidad de luz, presentan entre 1,2 - 5 veces mayor porcentaje de daño foliar que aquellas ubicadas en lugares con mayor disponibilidad y como esto puede acabar afectando las defensas químicas, el contenido de nutrientes, el contenido de agua, dureza y finalmente la palatabilidad de las hojas (Dimarco et al 2004). Gramacho et al (2001) mencionan como Loasa speciosa, especie del bosque tropical montano en Costa Rica presentó un impacto negativo a causa de la herviboría respecto al valor adaptivo de las plantas produciendo un número bajo de semillas, lo que puede llegar a ser una amenaza directa en la reproducción debido al número de óvulos que se producen. Adicionalmente se conoce que el periodo de mayor actividad de los herbívoros mayoritariamente insectos ocurre durante la primavera y el verano, coincidiendo con la época de menor precipitación y mayor temperatura (Dimarco et al 2004). En las comunidades de artrópodos, la diversidad de especies, se ha comprobado satisfactoriamente que están asociadas a hábitats complejos (Hansen 2000, Ribas et al. 2003, Sperber et al. 2004, Lassau et al. 2005, Lassau y Hochuli 2005), como puede ser el Bosque Seco Tropical. El presente estudio nace como una necesidad de ampliar conocimientos en el campo de la herviboría, así como la manera en que la misma afecta al bosque seco tropical. Es por lo anterior, que se plantea en el contexto del Proyecto de Investigación TropiDry3, el cual es conducido por la Escuela de Ingeniería Forestal del Instituto Tecnológico de Costa Rica y la Universidad de Alberta, Canadá; la realización de un estudio cuyos objetivos en particular fueron describir patrones de herviboría en tres estados de sucesión secundaria de bosque seco tropical: bosque temprano, intermedio y tardío, en el Parque Nacional Santa Rosa, Guanacaste, Costa Rica. Específicamente se buscó determinar la abundancia y riqueza de especies afectadas por herviboría de insectos masticadores externos, agalleros y minadores en nueve parcelas del proyecto Tropi-dry Costa Rica, campaña noviembre 2009; así como la existencia de diferencias entre los patrones de herviboría en función del estado sucesional. MATERIALES Y MÉTODOS Sitio de estudio El muestreo se realizó durante la época lluviosa (Noviembre, 2009) en el Área de Conservación Guanacaste, específicamente en el Parque Nacional Santa Rosa (sistema de proyección CRTM05: 320000–328000 N, 1198000–1204000 S), provincia de Guanacaste, Costa Rica. CCAD (2006) menciona que dicha unidad de conservación permanente fue creada en el año 1971 y de acuerdo con el Mapa de Áreas Silvestres Protegidas (SINAC, 2006), cuenta con una extensión de 38 922 ha. El estudio constó de 3 TROPI-DRY: “Dimensiones Humanas, Ecológicas y Biofísicas de los Bosques Secos Tropicales”; proyecto desarrollado por una red de investigación respaldada por el Inter-American Institute for Global Change Research (IAI) CRN II # 021, y financiada por el US National Science Foundation (Grant GEO-0452325). 4 nueve parcelas permanentes de muestreo (PPM) de 50 X 20 m, en tres estadíos sucesionales de Bosque Seco Tropical, estas parcelas fueron establecidas por el Proyecto Tropi-Dry: 1) tres parcelas en el estadío temprano: altura dominante 8,21 ± 0,31 m, área basal 7,94 ± 1,68 m2ha1 y densidad 943,3 ± 366,9 n/ha (Calvo et al 2010). 2) tres parcelas en el estadío intermedio: altura dominante 14,53 ± 3,24 m, área basal 21,40 ± 8,68 m2ha-1 y densidad 1026,7 ± 165,0 n/ha (Calvo et al 2010). 3) tres parcelas en el estadío tardío: altura dominante 18,38 ± 1,56 m, área basal 30,46 ± 1,67 m2ha-1 y densidad 1340,0 ± 281,6 n/ha (Calvo et al 2010). De acuerdo con la clasificación de zonas de vida según Holdridge, las tres parcelas en bosque temprano abarcan la zona de vida bosque húmedo premontano transición basal, mientras que las seis parcelas restantes (bosque intermedio y tardío) abarcan la zona de vida bosque tropical seco (ITCR, 2008). De acuerdo con Bolaños y Watson (1993), el Bosque húmedo Premontano presenta un rango de precipitación que varía entre 1 200 mm y 2 200 mm como promedio anual y su temperatura media anual oscila entre 24 a 27,8 ºC. Éste tipo de bosque presenta un periodo efectivamente seco de 3,5 a más de 5 meses y se considera semideciduo. Mientras que el Bosque Seco Tropical incluye la zona con menor precipitación del país, 1 100mm de media anual llegando a un máximo de 1 500mm. El rango de temperatura media anual varía entre 24,0 y 27,8ºC aproximadamente. El periodo seco consecutivo es de 6,5 meses efectivos y la mayoría de sus especies son deciduas en la estación seca. Diseño experimental En ambos lados de cada PPM, en sentido Norte-Sur se delimitó un transepto de 50 X 3 m, para un total de 2 700 m2 muestreados, en el que todos los árboles con diámetro a 1,30 m (DAP) ≥ 2,5 cm se encontraban identificados y con las variables dasonométricas de diámetro y altura medidas y plaqueados de acuerdo con el protocolo de PPM publicado por Camacho (2000). En cada uno de los árboles se colectó de forma aleatoria diferentes muestras hasta completar 30 hojas que presentaran daños por herbivoría, específicamente: masticadores externos, agalleros y minadores, adicionalmente se colectaron hojas completamente sanas. Con la ayuda de podadoras de mano, podadoras de extensión y escaleras, las muestras se colectaron en tres estratos según la altura del árbol (parte alta, intermedia y parte baja), procurando colectar 10 hojas en cada estrato. Las muestras fueron separadas y debidamente rotuladas en bolsas de papel (número de parcela, número de subparcela, número de árbol y estrato en que fue tomada la muestra), posteriormente fueron escaneadas y analizadas digitalmente con el programa de acceso libre Paint.Net v. 4.0 ® (dotPDN LLC y Brewster 2011). Análisis de datos Utilizando el programa de acceso libre Paint.Net v. 4.0 ® (dotPDN LLC y Brewster 2011) se determinó el área de las hojas dañadas, así como de las sanas y se cuantifico el área de los daños provocados por agallas y minadores. A través de hojas electrónicas en Microsoft ® Office Excel 2007 se manejo la base de datos para realizar un análisis general de la presencia de estos tres tipos de daño por estadío, así como la abundancia de individuos afectados por hectárea y la riqueza en cuanto a las especies afectadas. 5 Adicionalmente se realizó un análisis por tabla de contingencia 3x3 para analizar la relación entre los tres estadíos (temprano, intermedio y tardío) y los res tipos de daño (masticadores, agallas y minadores). Por medio de una prueba ji-cuadrado se probó si la serie de datos observada, concuerda con el modelo esperado de la información, así como si existe o no relación entre el tipo de daño en función del estadío. Por lo tanto se definió la hipótesis nula de que no existe relación entre el estadío y el tipo de daño, para un alpha definido de 0,05. RESULTADOS Se analizaron 3 279 individuos distribuidos en 36 familias, 67 géneros y 73 especies, de estos individuos el 36,1% correspondió al estadío temprano, el 31,4% al intermedio y el 32,4% al tardío. En la etapa sucesional bosque temprano se muestrearon 19 especies en total. De acuerdo con la Figura 1, la totalidad de los individuos presentó daños por masticadores externos, concentrándose el 63,1% en cuatro especies (Rehdera trinervis n=337, Semialarium mexicanum n=176, Gliricidia sepium n=120 y Byrsonima crassifolia n= 115). Con respecto a daños por insectos cecidógenos (productores de agallas) 14 especies sufrieron daño para un total de 345 individuos afectados, de éstos la especie Rehdera trinervis concentra el 44,9% de los individuos afectados, sin embargo a nivel de especie la más afectada fue Chomelia spinosa con el 93,3% de sus individuos dañados. Con relación a daños por minadores, nueve especies sufrieron daño para un total de 44 individuos afectados, de éstos las especies Rehdera trinervis y Semialarium mexicanum concentraron el 47,7% de los individuos dañados, sin embargo a nivel de especie fue Pseudobombax septenatum el más afectado con el 50% de sus individuos. Donde: ATHER=Ateleia herbert-smithii, BAUNG=Bauhinia ungulata, BYCRA=Byrsonima crassifolia, CHSPI=Chomelia spinosa, COGUA=Cordia guanacastensis, COVIT=Cochlospermum vitifolium, CRALA=Crescentia alata, DISAL= Diospyros salicifolia, GLSEP= Gliricidia sepium, HEBAR=Helicteres baruensis, LIOXY=Lippia oxyphyllaria, LUCAN=Luehea candida, LUSPE=Luehea speciosa, PSSAR=Psidium sartorianum, PSSEP=Pseudobombax septenatum, QUOLE=Quercus oleoides, RETRI=Rehdera trinervis, SEMEX= Semialarium mexicanum y XIFLE=Xylosma flexuosa. Figura 1. Especies afectados según tipo de daño en el estadio temprano de bosque seco tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. 6 En la etapa sucesional bosque intermedio se muestrearon 43 especies en total. De acuerdo con la Figura 2, la totalidad de los individuos presentó daños por masticadores externos, concentrándose el 52,1% en seis especies (Luehea candida n=182, Guazuma ulmifolia n=101, Casearia corymbosa n=67, Trichilia hirta n=65, Byrsonima crassifolia n=64 y Trophis racemosa n=58). Con respecto a daños por agallas 27 especies sufrieron daño para un total de 102 individuos afectados, de éstos tres especies concentra el 33,3% de los individuos afectados (Trichilia hirta, Guazuma ulmifolia y Sterculia apetala), sin embargo a nivel de especie las más afectadas fueron Pisonia aculeata y Acosmium panamense con un 42,9 y un 40% respectivamente. Con lo que respecta a daños por minadores, 14 especies sufrieron daño para un total de 67 individuos afectados, de éstos las especies Sterculia apetala y Luehea candida concentraron el 53,7% de los individuos. A nivel de especie las más afectadas por los minadores fueron Sterculia apétala y Bauhinia ungulata con un 58,1 y 50,0% respectivamente. Donde: ACPAN=Acosmium panamense, ANRET=Anona reticulata, APTIB=Apeiba tibourbou, ARREV=Ardisia revoluta, ATHER=Ateleia herbert-smithii, BAUNG=Bauhinia ungulata, BYCRA=Byrsonima crassifolia, CACAN=Calycophyllum candidissimum, CACOR=Casearia corymbosa, CASYL=Casearia sylvestris, CEODO=Cedrela odorata, COALL=Cordia alliodora, COPAN=Cordia panamensis, COVIT=Cochlospermum vitifolium, DISAL=Diospyros salicifolia, ERHAV=Erythroxylum havanense, EXMEX=Exostema mexicanum, FOSPI=Forsteronia spicata, GLSEP=Gliricidia sepium, GUMAC=Guettarda macrosperma, GUULM=Guazuma ulmifolia, KACAL=Karwinskia calderonii, LOACU=Lonchocarpus acuminatus, LOMIN=Lonchocarpus minimiflorus, LUCAN=Luehea candida, LUSPE=Luehea speciosa, MAARB=Malvaviscus arborea, MABIO=Machaerium biovulatum, MANOB=Margaritaria nobilis, MATIN=Maclura tinctoria, MAZAP=Manilkara zapota, PIACU=Pisonia aculeata, SAPAL=Sapranthus palanga, SEMEX=Semialarium mexicanum, SIGLA=Simarouba glauca, SPMOM=Spondias mombin, STAPE=Sterculia apétala, TACHR=Tabebuia chrysantha, TAOCH=Tabebuia ochracea, THDEC=Thouinidium decandrum , TRHAV=Trichilia havanensis , TRHIR=Trichilia hirta y TRRAC=Trophis racemosa. Figura 2. Especies afectados según tipo de daño en el estadio intermedio de bosque seco tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. En la etapa sucesional bosque tardío se muestrearon 42 especies en total. De acuerdo con la Figura 2, la totalidad de los individuos presentó daños por masticadores externos, siendo la especie Semialarium mexicanum la que presentó el mayor número de individuos afectados con un 14,8% del total. Con respecto a daños por insectos cecidógenos 28 especies sufrieron daño para un total de 230 individuos afectados, de éstos la especie Bunchosia ocellata concentra el 14,3% de los individuos, a nivel de especie la más 7 afectada fue Bunchosia ocellata con el 82,5% del total de sus individuos. Con respecto a daños por minadores, 25 especies sufrieron daño para un total de 95 individuos afectados, de éstos las especies Casearia sylvestris y Luehea candida concentraron el 22,1% de los individuos. A nivel de especie la más afectada fue Sapium glandulosum con el 50% de sus individuos afectados por este tipo de daño. Donde: ALEDU=Alibertia edulis, ARREV=Ardisia revoluta, ASGRA=Astronium graveolens, BRALI=Brosimum alicastrum, BUOCE=Bunchosia ocellata, BUSIM=Bursera simaruba, CAIND=Capparis indica, CASYL=Casearia sylvestris, CHBRE=Chrysophyllum brenesii, CHSPI=Chomelia spinosa, COBIC=Cordia bicolor, COVIT=Cochlospermum vitifolium, CRCUJ=Crescentia cujete, ERHAV=Erythroxylum havanense, ERODO=Erblichia odorata, EUOER=Eugenia oerstediana, EUSCH=Euphorbia schlechtendalii, EXMEX=Exostema mexicanum, GEAME=Genipa americana, GLSEP=Gliricidia sepium, GUMAC=Guettarda macrosperma, GUULM=Guazuma ulmifolia, HIRAC=Hirtella racemosa, HYCOU=Hymenaea courbaril, LOACU=Lonchocarpus acuminatus, LOMIN=Lonchocarpus minimiflorus, LUCAN=Luehea candida, LUSPE=Luehea speciosa, MASEG=Maytenus segoviarum, MOMYR=Mouriri myrtilloides, OCVER=Ocotea veraguensis, OULUC=Ouratea lucens, PIACU=Pisonia aculeata, RETRI=Rehdera trinervis, SAGLA=Sapium glandulosum, SAPAL=Sapranthus palanga, SEMEX=Semialarium mexicanum, SEPAV=Sebastiania pavoniana, SIGLA=Simarouba glauca, STOBO=Stemmadenia obovata, TAOCH=Tabebuia ochracea y ZASET=Zanthoxylum setulosum. Figura 3. Especies afectados según tipo de daño en el estadio tardío de bosque seco tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. En la Figura 4, se puede observar como en todos los estadíos la abundancia de los insectos masticadores es del 100% de los individuos mientras que las agallas y minadores no sobrepasaron el 30% de individuos afectados. En general se puede observar que para los tres estadíos el daño por agallas fue mayor que el daño por minadores. Sin embargo en el estadío temprano se observó la principal diferencia donde el 29.1% presento agallas y solo un 3.7% presentó minadores. 8 Figura 4. Abundancia por hectárea de individuos afectados por herviboría en tres estadios del bosque seco tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. En la Figura 5, se puede observar como el 100% de las especies por estadío se vieron afectadas por los masticadores, seguido de las agallas y por último de los minadores. En general se puede observar que los estadíos temprano y tardío presentan mayor riqueza de especies afectadas por agallas y minas, mientras que en el estadío intermedio este valor presenta disminución. Figura 5. Riqueza de especies afectadas por herbivoría en tres estadíos del bosque seco tropical, Parque Nacional Santa Rosa, Costa Rica. El análisis de los datos a través de la tabla de contingencia 3X3 obtuvo un valor de 8,95542x10-87 para el estadístico de ji-cuadrado (alpha: 0,05), por lo tanto se rechazó la hipótesis nula y sí existe relación entre el estadío y el tipo de daño. De acuerdo con el análisis de la tabla de contingencia, en la Figura 6 observamos que existe una relación muy elevada entre los datos esperados y los reales para los masticadores. El estadío temprano es el que más individuos afectados presentó mientras que el estadío intermedio es el que menos individuos tuvo. 9 dotPDN LLC; Brewster, R. 2011. Paint.Net. v.4.0. Disponible en http://www.getpaint.net/index.html Parker, G. 1995. Structure and microclimate of forest canopies. Pp. 431-455. In: M.D. Lowman & N.M. Nadkarni (eds). Forest Canopies. Academic Press, San Diego. Prince, P. 1991b. The plant vigor hypothesis and herbivore attack. Oikos. no. 62: 244-251 Quesada, M; Sanchez-Azofeifa, G; Alvarez-Anorve, M; Stoner, K; Avila-Cabadilla, L; Calvo-Alvarado, J; Castillo, A; Espirito-Santo, M; Fagundes, M; Fernandes, G; Gamon, J; Lopezaraiza-Mikel, M; Lawrence, D; Morellato, P; Powers, J; Neves, F; Rosas-Guerrero, V; Sayago, R; Sanchez-Montoya, G. 2009. Succession and Management of Tropical Dry Forests in the Americas: Review and new perspectives. Forest Ecology and Management no. 258: 1014–1024. Ribas, C; Schoereder, J; Pic, M; Soares, S. 2003. Tree heterogeneity, resource availability, and larger scale processes regulating arboreal ant species richness. Austral Ecology. no. 28: 305-314. SALATINO, A. 1993. 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