Accepterad ekologisk teori säger att dålig jord begränsar produktiviteten i tropiska skogar, men att lägga till näringsämnen som gödningsmedel ökar sällan trädtillväxten, antyder att produktiviteten trots allt inte begränsas av näringsämnen. Forskare vid Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) löste denna uppenbara motsägelse, visar att fosfor begränsar tillväxten av enskilda trädslag men inte hela skogssamhällen. Deras resultat, publiceras online i Natur , 8 mars, har omfattande konsekvenser för förståelsen av skogens tillväxt och förändring.

Stora områden i tropikerna förekommer i gamla landskap där näringsämnen som härrör från sten har lakats bort av år av kraftiga regn. Fosfor är särskilt ont om, eftersom järnoxiderna som ger tropiska jordar sin karaktäristiska röda färg binder till fosfor, gör den otillgänglig för växter. Dock, tillsats av gödningsmedel till olika skogar i Afrika, Sydostasien och Amerika har inte ökat trädtillväxten. Den enda platsen där gödsling resulterade i ökad trädtillväxt var på Hawaii, där skogen domineras av ett enda trädslag.

Ett alternativt sätt att studera näringsbegränsningar är genom att jämföra tillväxthastigheten för träd i skogar som naturligt skiljer sig åt i markens näringstillgång:det lilla men mycket biologiska mångfalden tropiska landet Panama ger en perfekt miljö för detta. Den komplexa geologin i centrala Panama innebär att naturliga nivåer av växttillgänglig fosfor i marken varierar mer än 300 gånger - liknande utbudet av fosfattillgänglighet i tropiska jordar runt om i världen. Och eftersom jordarna i Panama också varierar i fukt och andra näringsämnen som kväve, kalcium och kalium, forskare kan studera effekterna av dessa variabler på tillväxten samtidigt.

För att undersöka effekten av fosfor på trädtillväxt, forskare mätte 19, 000 individuella träd i 541 olika trädarter i en serie långsiktiga skogsövervakningsområden som ingår i nätverket Forest Global Earth Observatory (Smithsonian ForestGEO) som förvaltas av Center for Tropical Forest Science vid STRI. I genomsnitt, tillväxthastigheter för enskilda trädslag ökade i jordar med högre halter av växttillgänglig fosfor, överensstämmer med ekologisk teori. Förvånande, dock, trädarter som förekom på lågfosforjordar växte snabbare, i genomsnitt, än arter som växer på jordar med hög fosforhalt. Och i en sista twist, Variation i de trädslag som förekom över tomterna innebar att tillväxthastigheten i hela samhället inte förändrades beroende på halten av markens fosfor.

"Att hitta att arter anpassade till jordar med låg fosfor växer så snabbt var en riktig överraskning, sa Ben Turner, STRI stabsforskare, som ledde studien. "Vi förstår fortfarande inte varför detta inträffar, inte heller varför arter med hög fosfor inte växer snabbare än de är. Kanske investerar träd extra fosfor i reproduktion snarare än tillväxt, till exempel, eftersom frön, frukt och pollen är rika på fosfor. Tills vidare, dessa resultat hjälper oss att förstå hur markens bördighet påverkar trädtillväxten i tropiska skogar, och återigen visa kraften hos tropisk mångfald för att överraska oss."

"Denna studie belyser vår begränsade förståelse av hur växter klarar av fosforfattiga jordar, en betydande utmaning för bönder genom stora delar av tropikerna, sa Jim Dalling, STRI forskningsdocent och professor och chef för institutionen för växtbiologi vid University of Illinois Urbana-Champaign. "Att jämföra hur växter anpassade till hög respektive låg fosfortillgänglighet förvärvar och använder detta kritiska näringsämne kan föreslå nya metoder för att öka livsmedelsproduktionen utan att förlita sig på kostsamma gödningsmedel."