A biogeochemical comparison of three representative lakes of Costa Rica

Abstract

Lakes are widely distributed across Costa Rica, from coasts to the highest elevation regions and located in the main terrestrial biomes, yet updated biogeochemical information about the main types of lakes is still lacking. We present comparative biogeochemistry (water chemistry, stable isotopes, and picoplankton) for a coastal lake (Lake Madre de Dios), a volcanic lake (Lake Barva), and a glacial lake (Lake Ditkevi). Sampling was conducted between February and November 2022, including dry and rainy seasonal conditions. Hydrological and chemical conditions were evaluated using water and carbon stable isotopes, dissolved organic matter, major ions, and microbiota analysis. Isotopic data on water (δ2H and δ18O) and dissolved inorganic carbon (δ13CDIC) confirmed lower evaporative losses for the maar and tarn lakes and productivity response to precipitation inputs. Excitation/emission matrices confirmed the prevalence of fulvic and humic acids in the coastal and glacial lakes, mainly aromatic proteins and soluble microbial byproducts in the volcanic lake. Picophytoplankton (PPP, ∼0.2–10 μm) was mainly represented by phycocyanin-rich picocyanobacteria in the 3 lakes, but maar and tarn lakes had greater representation of phycoerythrin-rich picocyanobacteria. We confirmed fluctuations in PPP cell abundance in the lakes was lower than in comparable temperate lakes. For other eutrophic lakes, abundance of picocyanobacteria dominated over picoeukaryotic algae. This work aimed to promote an ecosystem approach to study the biogeochemical functioning of tropical lakes using a combination of chemical, hydrological, and biological data and to provide baseline information for future studies (e.g., climate change and pollution impacts) on tropical lakes of Costa Rica.Los lagos están ampliamente distribuidos a lo largo de Costa Rica, desde las costas hasta las regiones de mayor elevación y ubicados en los principales biomas terrestres; sin embargo, aún se carece de información biogeoquímica actualizada sobre los principales tipos de lagos. Presentamos la biogeoquímica comparativa (química del agua, isótopos estables y picoplancton) de un lago costero (Lago Madre de Dios), un lago volcánico (Lago Barva) y un lago glaciar (Lago Ditkevi). Los muestreos se realizaron entre febrero y noviembre de 2022, incluyendo condiciones estacionales secas y lluviosas.Las condiciones hidrológicas y químicas se evaluaron mediante isótopos estables del agua y el carbono, materia orgánica disuelta, iones principales y análisis de la microbiota. Los datos isotópicos del agua (δ2H y δ18O) y del carbono inorgánico disuelto (δ13CDIC) confirmaron las menores pérdidas por evaporación de los lagos maar y tarn y la respuesta de la productividad a los aportes de precipitaciones. Las matrices de excitación/emisión confirmaron la prevalencia de ácidos fúlvicos y húmicos en los lagos costeros y glaciares, principalmente proteínas aromáticas y subproductos microbianos solubles en el lago volcánico. El picofitoplancton (PPP, ∼0,2-10 μm) estaba representado principalmente por picocianobacterias ricas en ficocianina en los 3 lagos, pero los lagos maar y tarn tenían una mayor representación de picocianobacterias ricas en ficoeritrina. Confirmamos que las fluctuaciones en la abundancia de células PPP en los lagos era menor que en lagos templados comparables. En otros lagos eutróficos, la abundancia de picocianobacterias dominó sobre la de algas picoeucariotas. El objetivo de este trabajo fue promover un enfoque ecosistémico para estudiar el funcionamiento biogeoquímico de los lagos tropicales utilizando una combinación de datos químicos, hidrológicos y biológicos y proporcionar información de referencia para futuros estudios (por ejemplo, cambio climático e impactos de la contaminación) en los lagos tropicales de Costa Rica.