A methane sink in the Central American high elevation páramo: Topographic, soil moisture and vegetation effects

Abstract

Methane (CH4) is a strong greenhouse gas with a global warming potential 23 times larger than that of carbon dioxide. Characterizing ecosystems as either sources or sinks for methane and their magnitudes informs on biosphere contributions to the global CH4 budget and to warming of the atmosphere. We quantified methane fluxes for the first time in a neotropical alpine páramo (Valle de Los Conejos, Chirripó Massif, Costa Rica) and examined the relationships of these fluxes with topography, soil moisture and vegetation, during the transition from dry to rainy season. Using closed chambers and laser spectroscopy, we measured soil CH4 and CO2 fluxes across a field site encompassing: a grassy plain as well as a plain, a gentle slope and a plateau dominated by a dwarf bamboo (Chusquea subtessellata Hitchcock). We found that the páramo landscape acts as a sink for CH4 [−53.1 ± 29.6 (mean ± SE) µg C m−2 hr−1]. Of the four field areas, the grassy plain was on average the strongest CH4 sink, likely because this soil profile had no drainage restrictions and was well aerated. By contrast, in the slope and plateau, a heavily-consolidated subsurface layer was shown to perch water, increasing surface soil moisture and limiting CH4 uptake. Conversely, in certain parts of the plain, where Chusquea grew vigorously in discrete, tall patches, we found intense CH4 uptake beneath these patches. Within the Chusquea plain, these hot spots of CH4 uptake localized under the tall Chusquea had double the uptake rates than outside these patches, with even greater uptake than the average in the grassy plain. Our results show that CH4 uptake in the páramo is driven by moisture interacting with impeding soil layers, vegetation and topography.

El metano (CH4) es un gas de efecto invernadero fuerte con un potencial de calentamiento global 23 veces mayor que el del dióxido de carbono. Caracterizar los ecosistemas como fuentes o sumideros de metano y sus magnitudes informa sobre las contribuciones de la biosfera al presupuesto global de CH4 y al calentamiento de la atmósfera. Cuantificamos los flujos de metano por primera vez en un páramo alpino neotropical (Valle de Los Conejos, Macizo Chirripó, Costa Rica) y examinamos las relaciones de estos flujos con la topografía, la humedad del suelo y la vegetación, durante la transición de la estación seca a la lluviosa. Usando cámaras cerradas y espectroscopía láser, medimos los flujos de CH4 y CO2 del suelo a través de un sitio de campo que abarca: una llanura cubierta de hierba, así como una llanura, una pendiente suave y una meseta dominada por un bambú enano (Chusquea subtessellata Hitchcock). Encontramos que el paisaje de páramo actúa como sumidero de CH4 [−53,1 ± 29,6 (media ± SE) µg C m − 2 hr − 1]. De las cuatro áreas de campo, la llanura cubierta de hierba fue en promedio el sumidero de CH4 más fuerte, probablemente porque este perfil de suelo no tenía restricciones de drenaje y estaba bien aireado. Por el contrario, en la ladera y la meseta, se demostró que una capa subterránea muy consolidada se posa en el agua, lo que aumenta la humedad del suelo en la superficie y limita la absorción de CH4. Por el contrario, en ciertas partes de la llanura, donde Chusquea creció vigorosamente en parches altos y discretos, encontramos una absorción intensa de CH4 debajo de estos parches. Dentro de la llanura de Chusquea, estos puntos calientes de absorción de CH4 localizados debajo de la alta Chusquea tenían el doble de tasas de absorción que fuera de estos parches, con una absorción aún mayor que el promedio en la llanura cubierta de hierba. Nuestros resultados muestran que la absorción de CH4 en el páramo es impulsada por la interacción de la humedad con las capas del suelo, la vegetación y la topografía que obstaculizan.