Warming temperatures are increasing rainfall extremes, yet arthropod responses to climatic fluctuations remain poorly understood. Here, we used spatiotemporal variation in tropical montane climate as a natural experiment to compare the importance of biotic versus abiotic drivers in regulating arthropod biomass. We combined intensive field data on arthropods, leaf phenology and in situ weather across a 1700-3100 m elevation and rainfall gradient, along with desiccation-resistance experiments and multi-decadal modelling. We found limited support for biotic drivers with weak increases in some herbivorous taxa on shrubs with new leaves, but no landscape-scale effects of leaf phenology, which tracked light and cloud cover. Instead, rainfall explained extensive interannual variability with maximum biomass at intermediate rainfall (130 mm month-1 ) as both 3 months of high and low rainfall reduced arthropods by half. Based on 50 years of regional rainfall, our dynamic arthropod model predicted shifts in the timing of biomass maxima within cloud forests before plant communities transition to seasonally deciduous dry forests (mean annual rainfall 1000-2500 mm vs. <800 mm). Rainfall magnitude was the primary driver, but during high solar insolation, the 'drying power of air' (VPDmax ) reduced biomass within days contributing to drought related to the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Highlighting risks from drought, experiments demonstrated community-wide susceptibility to desiccation except for some caterpillars in which melanin-based coloration appeared to reduce the effects of evaporative drying. Overall, we provide multiple lines of evidence that several months of heavy rain or drought reduce arthropod biomass independently of deep-rooted plants with the potential to destabilize insectivore food webs.
El aumento de las temperaturas está incrementando los extremos de precipitación, pero las respuestas de los artrópodos a las fluctuaciones climáticas siguen siendo poco conocidas. Aquí, utilizamos la variación espaciotemporal en el clima montano tropical como un experimento natural para comparar la importancia de los factores bióticos versus abióticos en la regulación de la biomasa de artrópodos. Combinamos datos de campo intensivos de artrópodos, fenología de las hojas y clima in situ a lo largo de un gradiente altitudinal de 1700 a 3100 m y un gradiente de precipitación, junto con experimentos de resistencia a la desecación y modelos multi-decenales. Encontramos evidencia limitada para los factores bióticos con aumentos débiles en algunos taxones de herbívoros en arbustos con hojas nuevas, pero no hubo efectos a escala de paisaje en la fenología de la hoja, que rastreaba la luz y la cubierta de nubes. En cambio, las precipitaciones explicaron la amplia variabilidad interanual con una biomasa máxima en precipitaciones intermedias (130 mm mes−1 ), ya que los tres meses de precipitaciones altas y bajas redujeron los artrópodos a la mitad. Basándose en 50 años de precipitación regional, nuestro modelo dinámico de artrópodos predijo cambios en el momento de los máximos de biomasa dentro del bosque nuboso antes de que las comunidades de plantas hicieran la transición al bosque seco estacional caducifolio (precipitación media anual 1000-2500 mm vs. <800 mm). La magnitud de las lluvias fue el principal factor, pero durante la alta insolación solar, el “poder de secado del aire” (VPDmax ) redujo la biomasa en cuestión de días, lo que contribuyó a la sequía relacionada con El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Destacando los riesgos de la sequía, los experimentos demostraron la susceptibilidad de toda la comunidad a la desecación, excepto en el caso de algunas orugas en las que la coloración a base de melanina parece reducir los efectos de la desecación por evaporación. En resumen, proporcionamos múltiples líneas de evidencia de que varios meses de fuertes lluvias o sequías reducen la biomasa de artrópodos independientemente de las plantas de raíces profundas con el potencial de desestabilizar las redes alimentarias de los insectívoros.
Keywords: desiccation; insect biomass; leaf phenology; precipitation extremes; rainfall gradient; tropical montane cloud forest; tropical phenology; vapor pressure deficit.
© 2022 The Authors. Global Change Biology published by John Wiley & Sons Ltd.