Biological legacies promote succession and soil development on tephra from the Puyehue-Cordon Caulle eruption (2011)

Abstract

Volcanic deposits have frequently been studied from a successional point of view, but the main focus has been on vegetation dynamics, and less frequently on the development of invertebrate and microbial communities and soil properties. Biological legacies, understood as living organisms, seeds, organic debris and biologically derived patterns in soils and understories, are important in succession, and may also influence soil development on young volcanic deposits. The volcanic eruption of the Chilean Puyehue–Cordon Caulle complex (Northern Patagonia) in June 2011 deposited tephra in southern Argentina. Sandy tephra up to 30 cm deep was deposited in the De los Siete Lagos road in Nahuel Huapi and Lan ın National Parks, where a road under construction had exposed sub-soil lacking vegetation, while adjacent forest supported a canopy of Nothofagus dombeyi with Chusquea culeou in the understory. This situation provided a unique opportunity to study soil development and succession on nearby young volcanic deposits with different biological legacies, considering several biological communities. Our hypothesis is that 29 months after the eruption the tephra in the forest would have higher organic C, total N, available P and biological activity than the tephra deposited on the roadside. Plant cover and species richness, invertebrate abundance and richness, as well as substrate respiration, N mineralization and enzymatic activities were highest in the forest. In addition, organic carbon and nutrient incorporation rates in the forest were twice those in the roadside substrate. Nevertheless, two and a half years after the eruption, most variables remained an order of magnitude lower than values expected for temperate forest soils. Surviving canopy and understory play a key role in ecosystem recovery after tephra deposition, providing seeds and organic matter and establishing conditions appropriate for plants, invertebrates, and microorganisms that would in turn accelerate soil development.

Los depósitos volcánicos se han estudiado con frecuencia desde un punto de vista sucesional, pero el enfoque principal se ha centrado en la dinámica de la vegetación y, con menor frecuencia, en el desarrollo de comunidades microbianas y de invertebrados y en las propiedades del suelo. Los legados biológicos, entendidos como organismos vivos, semillas, desechos orgánicos y patrones biológicamente derivados en suelos y sotobosques, son importantes en sucesión y también pueden influir en el desarrollo del suelo en depósitos volcánicos jóvenes. La erupción volcánica del complejo chileno Puyehue-Cordón Caulle (Patagonia Norte) en junio de 2011 depositó tefra en el sur de Argentina. Se depositó tefra arenosa de hasta 30 cm de profundidad en el camino De los Siete Lagos en los Parques Nacionales Nahuel Huapi y Lanín, donde un camino en construcción había expuesto un subsuelo carente de vegetación, mientras que el bosque adyacente sostenía un dosel de Nothofagus dombeyi con Chusquea culeou en el sotobosque. Esta situación brindó una oportunidad única para estudiar el desarrollo y la sucesión del suelo en depósitos volcánicos jóvenes cercanos con diferentes legados biológicos, considerando varias comunidades biológicas. Nuestra hipótesis es que 29 meses después de la erupción, la tefra en el bosque tendría mayor C orgánico, N total, P disponible y actividad biológica que la tefra depositada al borde de la carretera. La cobertura vegetal y la riqueza de especies, la abundancia y riqueza de invertebrados, así como la respiración del sustrato, la mineralización de N y las actividades enzimáticas fueron mayores en el bosque. Además, las tasas de incorporación de carbono orgánico y nutrientes en el bosque fueron el doble que en el sustrato al borde de la carretera. Sin embargo, dos años y medio después de la erupción, la mayoría de las variables seguían siendo un orden de magnitud inferiores a los valores esperados para suelos forestales templados. La supervivencia del dosel y el sotobosque desempeñan un papel clave en la recuperación del ecosistema después de la deposición de tefra, proporcionando semillas y materia orgánica y estableciendo condiciones apropiadas para plantas, invertebrados y microorganismos que a su vez acelerarían el desarrollo del suelo.