Ecohydrological dynamics of páramo plant communities in relation to their functional traits, soils and climate in Los Nevados National Park, Colombia

Abstract

Los páramos son ecosistemas de los Andes tropicales reconocidos por su contribución única a la biodiversidad, y por su aporte a los diversos servicios ecosistémicos, siendo la regulación hídrica uno de los más relevantes. En las últimas décadas se han desarrollado estudios enfocados en el balance hídrico de los páramos, pero el rol específico de la vegetación en el balance hídrico es todavía limitado. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue analizar de forma detallada los procesos ecohidrológicos a escala de comunidades de vegetación en los ecosistemas de páramo y su relación con los rasgos funcionales, suelos y clima. El estudio se desarrolló en zona de páramo medio (4000 a 4300 m) en la cuenca alta del río Claro, Parque Nacional Natural Los Nevados. Se partió por la identificación de las comunidades de vegetación mediante el agrupamiento en función de la composición y abundancia de especies, y se determinaron cinco comunidades (cojines, mixto, arbustal con pajonal, pajonal, y pajonal con frailejones). Se midieron un set de rasgos funcionales asociados con la ecohidrología a nivel de dosel, hojas, tallo, flujos hídricos y raíces, y se compararon entre especies, evidenciándose las diferentes estrategias ecológicas y el agrupamiento en función de las mismas, de las cuales resaltan las formas de crecimiento como una expresión general de las diferentes adaptaciones al medio. Posteriormente, se determinaron y compararon las propiedades hidrofísicas y la dinámica del agua en el primer metro del suelo en sitios asociados a las cinco comunidades de plantas. Se determinaron también las variables ecohidrológicas a nivel de las comunidades de plantas; la evapotranspiración se determinó y comparó mediante dos métodos, la ecuación de Penman-Monteith ajustada a las condiciones de la vegetación, y la estimación indirecta mediante la pérdida de agua en el suelo en la zona de raíces finas, obteniendo valores apropiados para el páramo, pero mayores valores con el primer método. La interceptación de la lluvia en el dosel se midió y comparó entre las cinco comunidades mediante el uso de canales metálicos bajo el dosel y pluviómetros, encontrando que este proceso está determinado por las condiciones de cobertura del dosel, así como la lámina, intensidad y duración de los eventos de lluvia. Posteriormente, se calculó el balance hídrico en cada una de las comunidades, encontrando una importante recarga de agua a nivel del suelo, diferente entre las comunidades de plantas. Finalmente, se analizó la relación entre rasgos funcionales ponderados a nivel de comunidad y los procesos ecohidrológicos, encontrando cómo algunos de estos rasgos tienen un mayor efectos sobre la humedad del suelo, la evapotranspiración o interceptación. (texto tomado de la fuente)

Páramos are high-altitude ecosystems in the tropical Andes, recognized for their unique biodiversity and their contribution to diverse ecosystem services, among which the water regulation is of high relevance. In the last decades emerging science has determined the water balance in páramos, but the knowledge of the specific role of vegetation in the water balance of páramos is still limited. Therefore, the objective of this study was to analyze the ecohydrological processes at the plant community scale in páramo ecosystems and its relationship with functional traits, soils and climate. The study was made in the high-altitude basin (4000 to 4300 masl) of Claro River in the National Park Los Nevados. Firstly, páramo plant communities were identified, based on the grouping for the composition and abundance of plant species, and five plant communities were determined (Cushions, Mixed, Shrubland with tussock grassland, Tussock grassland, Tussock grassland with stem rosettes). A set of functional traits related with ecohydrological processes were selected for the canopy, stem, leaves (mass and surface) and external water fluxes, which were measured and compared between species, evidencing the different ecological strategies and the grouping of species, and that growth forms can be considered as a general expression of plant adaptation. Soils were described and compared in terms of the hydrophysical variables and water dynamics in the first meter depth in sites related with the five plant communities. Ecohydrological variables were measured at the community level; the evapotranspiration was determined and compared with two methods, the adjusted Penman-Monteith to the plant conditions, and the indirect estimation from soil water loss in the active root depth, resulting in comparable amounts of water loss but higher for the first method. The rainfall interception in the canopy was measured with metallic gutters under the canopy and pluviometers, finding that interception is determined by the amount, intensity, and duration of rainfall events, as well as with canopy cover. Thereafter, the water balance was calculated at the plant community level, finding an important water recharge for soils, which differed between communities. Finally, an integrative analysis was performed to determine the correlation between the community weighted traits and the ecohydrological processes, finding how some of these were specifically related with soil moisture, evapotranspiration, or interception. The results from this study evidenced the role of plant species and their functional traits in the ecohydrological processes and the differences between them and provide a better understanding of ecological and hydrological processes of páramo ecosystems.