Crown development and biomass production of pollardedErythrina berteroana, E. fusca andGliricidia sepium in the humid tropical lowlands of Costa Rica

Abstract

Leguminous trees are widely used to support climbers such as black pepper (Piper nigrum L.) and vanilla (Vanilla planifolia Andr.), to provide shade to crops and to maintain soil fertility. Pruning or pollarding provides the means to maximize benefits from the trees, particularly through the production of biomass as a soil amendment. At the same time, excessive shading is reduced. In order to quantify the degree of shading of black pepper by the support trees during a six-month pollarding cycle, this study monitored crown development (part I) and light transmission (part II) of three widely used species,Erythrina berteroana Urban,E. fusca Loureiro andGliricidia sepium (Jacq.) Steud.

The two sites were in the humid Atlantic Lowlands of Talamanca, southern Costa Rica (mean annual rainfall 2460 mm, no distinct dry season), on alluvial soils (typic Tropofluvents) with low levels of K, P, Mn and Zn. Two-year-old trees, that had been established from cuttings as live supports for black pepper, were used for the study. They were pollarded twice per year. The variables measured/estimated monthly were: stem diameter at breast height (dbh); height, foliated height, depth, diameter, leaf area and leaf biomass of crowns; length, diameter, number and inclination of branches. Leaf nutrient contents were also determined.

Following pollarding,G. sepium was the first to resprout, followed byE. berteroana andE. fusca. G. sepium with its few but erect and long branches had slender, columnar crowns. while those ofE. berteroana andE. fusca were more spherical. Four months after pollarding,G. sepium started shedding leaves at the base of its branches. Average crown diameter after six months were 2.2 m forE. berteroana, 1.9 m forE. fusca and 1.5 m forG. sepium; average crown depths after six months were 2.8 m, 2.1 m, and 2.7 m, respectively, for the three species. For 1600 trees ha⁻¹ and two prunings per year, foliar biomass production from prunings alone (i.e., without litter fall), calculated from regressions with length and basal diameter of branches as independent variables, was 3.8 t, 3.4 t and 2.3 t dry matter ha⁻¹ a⁻¹ forE. berteroana, E. fusca andG. sepium, respectively; these estimates agreed well with measured values. The corresponding N contents were 146 kg, 124 kg and 90 kg, respectively. While N contributions from the prunings exceeded 50% of the fertilizer recommendations for black pepper, the contributions were <10% for P and <40% for K. Linear regressions between leaf area and branch dimensions, and quadratic regressions between foliar biomass and crown diameter showed high coefficients of determination (0.83>R ²>0.99). Correlations between foliar biomass, dbh, and dbh increments were generally weak. Conclusions from the study appear to be valid also for other agroforestry systems where the same species are planted under similar ecological conditions for reasons other than as live supports.

Resumen

Los árboles leguminosos se usan frecuentamente como soportes vivos para plantas trepadoras como pimienta negra (Piper nigrum L.) y vainilla (Vanilla planifolia Andr.), para dar sombra y para reducir el desgaste de los suelos. La poda de los árboles reduce la cantidad mantener la fertilidad de sombra y produce biomasa que sirve como enmiendas. Con el objectivo de cuantificar el grado del sombreado de pimienta negra por los árboles durante un cíclo de poda de seis meses, se monitoreó en este estudio el desarrollo de la copa (parte I) y la transmisión de luz (parte II) de tres especies usados como soportes vivos:Erythrina berteroana Urban,E. fusca Loureiro yGliricidia sepium (Jacq) Steud.

Los dos sitios estan en la zona tropical húmeda de Talamanca Baja, en el sureste de Costa Rica (precipitación promedia 2460 mm, sin estación seca) en suelos aluviales (Typic Tropofluvents) y pobres en K, P, Mn y Zn. Los árboles fueron establecidos de estacas. Cuando este estudio empezó, los árboles tenían dos años de edad y fueron podados dos veces por año. Los parámetros medidos ó estimados mensualmente fueron: diámetro del tronco a la altura del pecho (DAP); altura, altura foliada, profundidad, diámetro, área foliar y biomasa foliar de las copas; largo, diámetro, número y inclinación de las ramas. Además se determinó el contenido de nutrientes de las hojas.

Despues de la poda,G. sepium fue el primero en rebrotar, seguido porE. berteroana yE. fusca. G. sepium con sus ramas escasas pero largas y erectas, formó una copa delgada y columnar, mientras que las copas deE. berteroana yE. fusca fueron más esféricas. Cuatro meses después de la poda,G. sepium empezó a perder las hojas en la base de sus ramas. El promedio del diámetro de la copa después de seis meses fue de 2.2 m paraE. berteroana, 1.9 m paraE. fusca y 1.5 m paraG. sepium; el promedio de la profundidad de la copa después de seis meses fú de 2.8 m, 2.1 m y 2.7 m, respectivamente para las tres especies. Para 1600 árboles ha⁻¹ y dos podas por año, la producción estimada de biomasa foliar de la poda (sin tomar en cuenta la hojarasca caída antes), calculada de regresiónes con el largo y el diámetro basal de las ramas como variables independientes, fue de 3.8 t, 3.4 t y 2.3 t de matéria seca ha⁻¹ a⁻¹ paraE. berteroana, E. fusca yG. sepium, respectivamente; estos valores calculados concordaron bien con valores medidos. El contenido de N correspondiente fué de 146 kg, 124 kg, y 90 kg, respectivamente. Mientras que la contribución de N procedente de las podas excedió 50% de una recomendación de fertilización común para pimienta negra, la contribución de P fue inferior al 10%, y menos del 40% para K. Regresiones lineales entre área foliar y las dimensiones de la ramas, y regresiones cuadraticas entre biomasa foliar y el diámetro de la copa mostraron altos coeficientes de determinación (0.83>R ²>0,99). Las correlaciones entre biomasa foliar, el DAP y incrementos del DAP fueron generalmente débiles. Las conclusiones de éste estudio parecen válidas tambien para sistemas agroforestales donde las especies estudiadas son plantadas bajo condiciones ecológicas similares para propósitos diferentes de como soportes vivos.