Abstract. Forest structure and dynamics vary across the Amazon Basin in an east-west gradient coincident with variations in soil fertility and geology. This has resulted in the hypothesis that soil fertility may play an important role in explaining Basin-wide variations in forest biomass, growth and stem turnover rates. Soil samples were collected in a total of 59 different forest plots across the Amazon Basin and analysed for exchangeable cations, carbon, nitrogen and pH, with several phosphorus fractions of likely different plant availability also quantified. Physical properties were additionally examined and an index of soil physical quality developed. Bivariate relationships of soil and climatic properties with above-ground wood productivity, stand-level tree turnover rates, above-ground wood biomass and wood density were first examined with multivariate regression models then applied. Both forms of analysis were undertaken with and without considerations regarding the underlying spatial structure of the dataset. Despite the presence of autocorrelated spatial structures complicating many analyses, forest structure and dynamics were found to be strongly and quantitatively related to edaphic as well as climatic conditions. Basin-wide differences in stand-level turnover rates are mostly influenced by soil physical properties with variations in rates of coarse wood production mostly related to soil phosphorus status. Total soil P was a better predictor of wood production rates than any of the fractionated organic- or inorganic-P pools. This suggests that it is not only the immediately available P forms, but probably the entire soil phosphorus pool that is interacting with forest growth on longer timescales. A role for soil potassium in modulating Amazon forest dynamics through its effects on stand-level wood density was also detected. Taking this into account, otherwise enigmatic variations in stand-level biomass across the Basin were then accounted for through the interacting effects of soil physical and chemical properties with climate. A hypothesis of self-maintaining forest dynamic feedback mechanisms initiated by edaphic conditions is proposed. It is further suggested that this is a major factor determining endogenous disturbance levels, species composition, and forest productivity across the Amazon Basin.

Previous work has shown that tree turnover, tree biomass and large liana densities have increased in mature tropical forest plots in the late twentieth century. These results point to a concerted shift in forest ecological processes that may already be having significant impacts on terrestrial carbon stocks, fluxes and biodiversity. However, the findings have proved controversial, partly because a rather limited number of permanent plots have been monitored for rather short periods. The aim of this paper is to characterize regional–scale patterns of ‘tree turnover’ (the rate with which trees die and recruit into a population) by using improved datasets now available for Amazonia that span the past 25 years. Specifically, we assess whether concerted changes in turnover are occurring, and if so whether they are general throughout the Amazon or restricted to one region or environmental zone. In addition, we ask whether they are driven by changes in recruitment, mortality or both. We find that: (i) trees 10 cm or more in diameter recruit and die twice as fast on the richer soils of southern and western Amazonia than on the poorer soils of eastern and central Amazonia; (ii) turnover rates have increased throughout Amazonia over the past two decades; (iii) mortality and recruitment rates have both increased significantly in every region and environmental zone, with the exception of mortality in eastern Amazonia; (iv) recruitment rates have consistently exceeded mortality rates; (v) absolute increases in recruitment and mortality rates are greatest in western Amazonian sites; and (vi) mortality appears to be lagging recruitment at regional scales. These spatial patterns and temporal trends are not caused by obvious artefacts in the data or the analyses. The trends cannot be directly driven by a mortality driver (such as increased drought or fragmentation–related death) because the biomass in these forests has simultaneously increased. Our findings therefore indicate that long–acting and widespread environmental changes are stimulating the growth and productivity of Amazon forests.

Abstract. Aboveground tropical tree biomass and carbon storage estimates commonly ignore tree height (H). We estimate the effect of incorporating H on tropics-wide forest biomass estimates in 327 plots across four continents using 42 656 H and diameter measurements and harvested trees from 20 sites to answer the following questions: 1. What is the best H-model form and geographic unit to include in biomass models to minimise site-level uncertainty in estimates of destructive biomass? 2. To what extent does including H estimates derived in (1) reduce uncertainty in biomass estimates across all 327 plots? 3. What effect does accounting for H have on plot- and continental-scale forest biomass estimates? The mean relative error in biomass estimates of destructively harvested trees when including H (mean 0.06), was half that when excluding H (mean 0.13). Power- and Weibull-H models provided the greatest reduction in uncertainty, with regional Weibull-H models preferred because they reduce uncertainty in smaller-diameter classes (≤40 cm D) that store about one-third of biomass per hectare in most forests. Propagating the relationships from destructively harvested tree biomass to each of the 327 plots from across the tropics shows that including H reduces errors from 41.8 Mg ha−1 (range 6.6 to 112.4) to 8.0 Mg ha−1 (−2.5 to 23.0). For all plots, aboveground live biomass was −52.2 Mg ha−1 (−82.0 to −20.3 bootstrapped 95% CI), or 13%, lower when including H estimates, with the greatest relative reductions in estimated biomass in forests of the Brazilian Shield, east Africa, and Australia, and relatively little change in the Guiana Shield, central Africa and southeast Asia. Appreciably different stand structure was observed among regions across the tropical continents, with some storing significantly more biomass in small diameter stems, which affects selection of the best height models to reduce uncertainty and biomass reductions due to H. After accounting for variation in H, total biomass per hectare is greatest in Australia, the Guiana Shield, Asia, central and east Africa, and lowest in east-central Amazonia, W. Africa, W. Amazonia, and the Brazilian Shield (descending order). Thus, if tropical forests span 1668 million km2 and store 285 Pg C (estimate including H), then applying our regional relationships implies that carbon storage is overestimated by 35 Pg C (31–39 bootstrapped 95% CI) if H is ignored, assuming that the sampled plots are an unbiased statistical representation of all tropical forest in terms of biomass and height factors. Our results show that tree H is an important allometric factor that needs to be included in future forest biomass estimates to reduce error in estimates of tropical carbon stocks and emissions due to deforestation.

Several widespread changes in the ecology of old–growth tropical forests have recently been documented for the late twentieth century, in particular an increase in stem turnover (pan–tropical), and an increase in above–ground biomass (neotropical). Whether these changes are synchronous and whether changes in growth are also occurring is not known. We analysed stand–level changes within 50 long–term monitoring plots from across South America spanning 1971–2002. We show that: (i) basal area (BA: sum of the cross–sectional areas of all trees in a plot) increased significantly over time (by 0.10 ±; 0.04 m 2 ha −1 yr −1 , mean ± 95%CI) as did both (ii) stand–level BA growth rates (sum of the increments of BA of surviving trees and BA of new trees that recruited into a plot); and (iii) stand–level BA mortality rates (sum of the cross–sectional areas of all trees that died in a plot). Similar patterns were observed on a per–stem basis: (i) stem density (number of stems per hectare; 1 hectare is 10 4 m 2 ) increased significantly over time ( 0.94 ± 0.63 stems ha −1 yr −1 ); as did both (ii) stem recruitment rates; and (iii) stem mortality rates. In relative terms, the pools of BA and stem density increased by 0.38 ± 0.15% and 0.18 ± 0.12% yr −1 , respectively. The fluxes into and out of these pools—stand–level BA growth, stand–level BA mortality, stem recruitment and stem mortality rates—increased, in relative terms, by an order of magnitude more. The gain terms (BA growth, stem recruitment) consistently exceeded the loss terms (BA loss, stem mortality) throughout the period, suggesting that whatever process is driving these changes was already acting before the plot network was established. Large long–term increases in stand–level BA growth and simultaneous increases in stand BA and stem density imply a continent–wide increase in resource availability which is increasing net primary productivity and altering forest dynamics. Continent–wide changes in incoming solar radiation, and increases in atmospheric concentrations of CO 2 and air temperatures may have increased resource supply over recent decades, thus causing accelerated growth and increased dynamism across the world's largest tract of tropical forest.

Abstract. The production of aboveground soft tissue represents an important share of total net primary production in tropical rain forests. Here we draw from a large number of published and unpublished datasets (n=81 sites) to assess the determinants of litterfall variation across South American tropical forests. We show that across old-growth tropical rainforests, litterfall averages 8.61±1.91 Mg ha−1 yr−1 (mean ± standard deviation, in dry mass units). Secondary forests have a lower annual litterfall than old-growth tropical forests with a mean of 8.01±3.41 Mg ha−1 yr−1. Annual litterfall shows no significant variation with total annual rainfall, either globally or within forest types. It does not vary consistently with soil type, except in the poorest soils (white sand soils), where litterfall is significantly lower than in other soil types (5.42±1.91 Mg ha−1 yr−1). We also study the determinants of litterfall seasonality, and find that it does not depend on annual rainfall or on soil type. However, litterfall seasonality is significantly positively correlated with rainfall seasonality. Finally, we assess how much carbon is stored in reproductive organs relative to photosynthetic organs. Mean leaf fall is 5.74±1.83 Mg ha−1 yr−1 (71% of total litterfall). Mean allocation into reproductive organs is 0.69±0.40 Mg ha−1 yr−1 (9% of total litterfall). The investment into reproductive organs divided by leaf litterfall increases with soil fertility, suggesting that on poor soils, the allocation to photosynthetic organs is prioritized over that to reproduction. Finally, we discuss the ecological and biogeochemical implications of these results.

Abstract Warmer and drier climates over Eastern Amazonia have been predicted as a component of climate change during the next 50–100 years. It remains unclear what effect such changes will have on forest–atmosphere exchange of carbon dioxide (CO 2 ) and water, but the cumulative effect is anticipated to produce climatic feedback at both regional and global scales. To allow more detailed study of forest responses to soil drying, a simulated soil drought or ‘throughfall exclusion’ (TFE) experiment was established at a rain forest site in Eastern Amazonia, Brazil, for which time‐series sap flow and soil moisture data were obtained. The experiment excluded 50% of the throughfall from the soil. Sap flow data from the forest plot experiencing normal rainfall showed no limitation of transpiration throughout the two monitored dry seasons. Conversely, data from the TFE showed large dry season declines in transpiration, with tree water use restricted to 20% of that in the control plot at the peak of both dry seasons. The results were examined to evaluate the paradigm that the restriction on transpiration in the dry season was caused by limitation of soil‐to‐root water transport, driven by low soil water potential and high soil‐to‐root hydraulic resistance. This paradigm, embedded in the soil–plant–atmosphere (SPA) model and driven using on‐site measurements, provided a good explanation ( R 2 > 0.69) of the magnitude and timing of changes in sap flow and soil moisture. This model‐data correspondence represents a substantial improvement compared with other ecosystem models of drought stress tested in Amazonia. Inclusion of deeper rooting should lead to lower sensitivity to drought than the majority of existing models. Modelled annual GPP declined by 13–14% in response to the treatment, compared with estimated declines in transpiration of 30–40%.

Abstract. The net primary productivity (NPP) of tropical forests is one of the most important and least quantified components of the global carbon cycle. Most relevant studies have focused particularly on the quantification of the above-ground coarse wood productivity, and little is known about the carbon fluxes involved in other elements of the NPP, the partitioning of total NPP between its above- and below-ground components and the main environmental drivers of these patterns. In this study we quantify the above- and below-ground NPP of ten Amazonian forests to address two questions: (1) How do Amazonian forests allocate productivity among its above- and below-ground components? (2) How do soil and leaf nutrient status and soil texture affect the productivity of Amazonian forests? Using a standardized methodology to measure the major elements of productivity, we show that NPP varies between 9.3±1.3 Mg C ha−1 yr−1 (mean±standard error), at a white sand plot, and 17.0±1.4 Mg C ha−1 yr−1 at a very fertile Terra Preta site, with an overall average of 12.8±0.9 Mg C ha−1 yr−1. The studied forests allocate on average 64±3% and 36±3% of the total NPP to the above- and below-ground components, respectively. The ratio of above-ground and below-ground NPP is almost invariant with total NPP. Litterfall and fine root production both increase with total NPP, while stem production shows no overall trend. Total NPP tends to increase with soil phosphorus and leaf nitrogen status. However, allocation of NPP to below-ground shows no relationship to soil fertility, but appears to decrease with the increase of soil clay content.

Abstract Aim Palms are an iconic, diverse and often abundant component of tropical ecosystems that provide many ecosystem services. Being monocots, tree palms are evolutionarily, morphologically and physiologically distinct from other trees, and these differences have important consequences for ecosystem services (e.g., carbon sequestration and storage) and in terms of responses to climate change. We quantified global patterns of tree palm relative abundance to help improve understanding of tropical forests and reduce uncertainty about these ecosystems under climate change. Location Tropical and subtropical moist forests. Time period Current. Major taxa studied Palms (Arecaceae). Methods We assembled a pantropical dataset of 2,548 forest plots (covering 1,191 ha) and quantified tree palm (i.e., ≥10 cm diameter at breast height) abundance relative to co‐occurring non‐palm trees. We compared the relative abundance of tree palms across biogeographical realms and tested for associations with palaeoclimate stability, current climate, edaphic conditions and metrics of forest structure. Results On average, the relative abundance of tree palms was more than five times larger between Neotropical locations and other biogeographical realms. Tree palms were absent in most locations outside the Neotropics but present in >80% of Neotropical locations. The relative abundance of tree palms was more strongly associated with local conditions (e.g., higher mean annual precipitation, lower soil fertility, shallower water table and lower plot mean wood density) than metrics of long‐term climate stability. Life‐form diversity also influenced the patterns; palm assemblages outside the Neotropics comprise many non‐tree (e.g., climbing) palms. Finally, we show that tree palms can influence estimates of above‐ground biomass, but the magnitude and direction of the effect require additional work. Conclusions Tree palms are not only quintessentially tropical, but they are also overwhelmingly Neotropical. Future work to understand the contributions of tree palms to biomass estimates and carbon cycling will be particularly crucial in Neotropical forests.

Abstract Background Theobroma grandiflorum (Malvaceae), known as cupuassu, is a tree indigenous to the Amazon basin, valued for its large fruits and seed pulp, contributing notably to the Amazonian bioeconomy. The seed pulp is utilized in desserts and beverages, and its seed butter is used in cosmetics. Here, we present the sequenced telomere-to-telomere genome of cupuassu, disclosing its genomic structure, evolutionary features, and phylogenetic relationships within the Malvaceae family. Findings The cupuassu genome spans 423 Mb, encodes 31,381 genes distributed in 10 chromosomes, and exhibits approximately 65% gene synteny with the Theobroma cacao genome, reflecting a conserved evolutionary history, albeit punctuated with unique genomic variations. The main changes are pronounced by bursts of long-terminal repeat retrotransposons at postspecies divergence, retrocopied and singleton genes, and gene families displaying distinctive patterns of expansion and contraction. Furthermore, positively selected genes are evident, particularly among retained and dispersed tandem and proximal duplicated genes associated with general fruit and seed traits and defense mechanisms, supporting the hypothesis of potential episodes of subfunctionalization and neofunctionalization following duplication, as well as impact from distinct domestication process. These genomic variations may underpin the differences observed in fruit and seed morphology, ripening, and disease resistance between cupuassu and the other Malvaceae species. Conclusions The cupuassu genome offers a foundational resource for both breeding improvement and conservation biology, yielding insights into the evolution and diversity within the genus Theobroma.