Impact of volcanic ash deposition on foliar productivity and insect herbivory in northern Patagonia deciduous forests

Abstract

Volcanism has been a major force shaping the dynamics of Andean landscapes during the Holocene. Yet we still know little about the consequences of modern volcanic events on forest functioning. Ash fall may elicit multiple direct and indirect effects on key ecosystem attributes, with disturbance severity likely varying with distance to the crater. We examined the impact of ash deposition on foliage productivity and insect herbivory after the 2011 eruption of the Volcán Puyehue-Cordón Caulle system, in Nothofagus pumilio forests of northern Patagonia, Argentina. Tree leaf litterfall, a surrogate for annual foliar production, was measured before and after the event in wet and dry forest sites, which were located 22 km and 80 km east from the crater and were affected by mass deposition of coarse- and fine-grained tephra, respectively. Leaf damage by insects was monitored over a 10-year span (2004-2013) including the volcanic event. Foliar productivity in 2012 dropped by 60% in the wet forest, but did not change in the dry forest. Leaf area damaged by insects decreased abruptly in 2012, with post-eruption herbivory levels falling outside the range of annual variation recorded before the event. The impact was most severe in the dry forest wich normally supports the highest endemic herbivory. In contrast, leaf damage remained high in another dry forest located 98 km southeast from the crater and little affected by ashfall. Changes in foliar production and insect herbivory persisted for two years after the event. Our results show a widespread disruption of canopy-herbivore interactions in areas heavily affected by tephra. Remarkably, volcanic ash acted as a broad-spectrum insecticide on canopy herbivores. In the short-term, ashfall constrained the energy flow through the forest canopy and the arthropod consumer community, and thus temporarily overwhelmed previously existing differences in productivity and herbivory between wet and dry forest habitats.

Impacto de la deposición de ceniza volcánica sobre la productividad foliar y la herbivoría por insectos en bosques deciduos del norte de la Patagonia: El vulcanismo ha moldeado la dinámica de los paisajes andinos durante todo el Holoceno. Sin embargo, aún se conoce poco sobre las consecuencias de eventos volcánicos modernos en el funcionamiento de los bosques nativos. La caída masiva de cenizas puede generar múltiples efectos directos e indirectos sobre procesos clave del ecosistema. Aquí evaluamos el impacto de la deposición de cenizas emitidas por la erupción del complejo Volcán Puyehue-Cordón Caulle en junio de 2011, sobre la productividad foliar y la herbivoría por insectos del dosel en bosques de Nothofagus pumilio del norte de la Patagonia Argentina. La producción de hojas fue medida antes y después de la erupción, en bosques húmedos y secos situados a 22 y 80 km del volcán y afectados por la caída de pumicita gruesa y fina, respectivamente. El área foliar dañada por insectos fue monitoreada durante 10 años (2004-2013), incluyendo al evento volcánico. La productividad foliar en 2012 cayó un 60% en el bosque húmedo pero no cambió en el bosque seco. El daño foliar se redujo abruptamente en 2012; los niveles de herbivoría post-erupción cayeron por debajo del rango de variación interanual registrado antes de la erupción. El impacto fue más severo en el bosque seco, donde los niveles endémicos de herbivoría son más elevados. En cambio, la herbivoría se mantuvo elevada en otro bosque seco localizado a 98 km del cráter y que recibió pocas cenizas. Los cambios en productividad y herbivoría persistieron por dos años después del evento. Estos resultados muestran una fuerte disrupción de las interacciones planta-herbívoro en áreas boscosas afectadas por la erupción volcánica. Las cenizas actuaron como un biocida de amplio espectro sobre los insectos defoliadores. En el corto plazo, la deposición de cenizas limitó el flujo de energía a través del dosel arbóreo y hacia los consumidores artrópodos.