Dry season plant water sourcing in contrasting tropical ecosystems of Costa Rica

Abstract

Tracer-aided studies to understand plant water uptake sources and dynamics in tropical ecosystems are limited. Here, we report the analysis of dry season source water uptake patterns of five unique ecosystems of Costa Rica across altitudinal (<150– 3,400 m asl) and latitudinal (Caribbean and Pacific slopes) gradients: evergreen and seasonal rainforests, cloud forest, Páramo and dry forest. Soil and plant samples were collected during the dry season in 2021. Plant and soil water extractions were conducted using centrifugation. Stem water extracted volume and stem total water content were calculated via gravimetric analysis. Water source contributions were estimated using a Bayesian mixing model. Isotope ratios in soil and stems exhibited a strong meteoric origin. Enrichment trends were only detected in stems and cactus samples within the dry forest ecosystem. Soil profiles revealed nearly uniform isotopic profiles; however, a depletion trend was observed in the Páramo ecosystem below 25 cm. More enriched compositions were reported in cactus samples for extracted water volumes above 20% (adj. r2 = 0.34, p < 0.01). The most prominent dry season water source in the evergreen rainforest (74.0%), seasonal rainforest (86.4%) and cloud forest (66.0%) corresponded to well-mixed soil water. In the Páramo ecosystem, recent rainfall produced by trade wind incursions resulted in the most significant water source (61.9%), whereas in the dry forest, mean annual precipitation (38.6%) and baseflow (33.1%) were the dominant sources. The latter highlights the prevalence of distinct water uptake sources between recent cold front rainfall (near-surface soil storage) to more well-mixed soil moisture during the dry season, revealing ecohydrological processing previously unknown in this tropical region.

Estudios asistidos por trazadores para comprender las fuentes y la dinámica de la absorción de agua de las plantas en zonas tropicales. Los ecosistemas son limitados. Aquí presentamos el análisis de las fuentes de agua de la estación seca. patrones de absorción de cinco ecosistemas únicos de Costa Rica a través de altitudes (<150– 3.400 m snm) y latitudinal (vertientes del Caribe y del Pacífico): siempre verdes y bosques húmedos estacionales, bosque nuboso, páramo y bosque seco. Se tomaron muestras de suelo y plantas. recolectado durante la estación seca en 2021. Se realizaron extracciones de agua de plantas y suelos. mediante centrifugación. Volumen de agua extraída del tallo y contenido total de agua del tallo se calcularon mediante análisis gravimétrico. Las contribuciones de las fuentes de agua fueron estimado utilizando un modelo de mezcla bayesiano. Las proporciones de isótopos en el suelo y los tallos mostraron una Fuerte origen meteórico. Sólo se detectaron tendencias de enriquecimiento en tallos y cactus muestras dentro del ecosistema de bosque seco. Los perfiles del suelo revelaron isótopos casi uniformes perfiles; sin embargo, se observó una tendencia de agotamiento en el ecosistema de Páramo por debajo de 25 cm. Se reportaron composiciones más enriquecidas en muestras de cactus para volúmenes de agua extraídos superiores al 20% (ajustado r2 = 0,34, p < 0,01). El más prominente fuente de agua de la estación seca en el bosque lluvioso siempre verde (74,0%), bosque lluvioso estacional (86,4%) y bosque nublado (66,0%) correspondieron a agua del suelo bien mezclada. En el En el ecosistema de páramo, las recientes lluvias producidas por las incursiones de los vientos alisios provocaron la fuente de agua más importante (61,9%), mientras que en el bosque seco la precipitación media anual (38,6%) y el flujo base (33,1%) fueron las fuentes dominantes. Este último destaca la prevalencia de distintas fuentes de absorción de agua entre las lluvias recientes del frente frío (almacenamiento en el suelo cerca de la superficie) hasta una humedad del suelo más bien mezclada durante la estación seca, revelando un procesamiento ecohidrológico previamente desconocido en esta región tropical.