Deuterium signal in different trees and soils in an experimental plantation of native species in Sardinilla, Panamá

Abstract

As natural tropical forests diminish and former rain forest areas are being degraded, more tropical tree plantations may be established. Up to now, they usually consist of a single exotic fast growing species. There is much, and recently increasing concern about high water use rates and non-sustainable soil nutrient depletion by such plantations. Recent approaches to reforestation in the tropics emphasize the establishment of native species in mixed stands. In an experimental plantation in Sardinilla, Panama, native tree species, which in natural forest exhibit different relative growth rates, were planted at different diversity levels. This plantation was established to assess the effect of biodiversity on ecosystems function such as carbon and nutrient cycling. This study focused on the plant water uptake at Sardinilla, Panama using stable isotopes (Deuterium). The objectives of this study were (1) to measure the natural abundance of δD in soil and plant material taken from 5 species growing in monoculture, 3 and 5-species mixture and (2) to determine the depth where the trees take the water in relation to different tree species and diversity levels. Plant and soil samples were at Sardinilla during the dry season in March/April 2006. Samples were extracted using a Cryogenic Vacuum Extraction Line and then analyzed for the stable isotope deuterium (2H/1H). Based on the graphical approach it could be shown that soil water uptake during the dry season differed among species and diversity levels.

Resumen Teniendo en cuenta que los bosques tropicales y areas de lluvia estan siendo degradadas, más plantaciones de árboles tropicales pueden ser establecidas. Hasta ahora, estas normalmente consistían en una especie exótica de crecimiento rápido. Recientemente está incrementando el interés sobre las altas tasas de uso de agua y el uso no sostenible de nutrientes agotados del suelo por tales plantaciones. Recientes investigaciones de reforestación en los trópicos acentúan el establecimiento de especies nativas en zonas con más de una especie mezclada. En una plantación experimental en Sardinilla, Panamá, especies nativas de árboles, las cuales en el bosque natural tienen diversas tasas relativas de crecimiento, fueron plantadas a diferentes niveles de diversidad. Esta plantación se creó para evaluar el efecto de la biodiversidad en función del ecosistema, como el ciclo del carbono y nutrientes. Este estudio se centró en la captación de agua por la planta, en Sadinilla, Panamá usando isótopos estables (Deuterio). Los objetivos de este estudio fueron (1) medir la abundáncia natural de δD en el suelo y material vegetal extraido de 5 especies situadas en monocultivo, 3 y 5 especies mezcladas y (2) determinar la profundidad de donde los árboles captan el agua en relación con diferentes especies de árboles y niveles de diversidad. Las muestras de plantas y suelo se encontraban en Sardinilla durante la época seca en Marzo/Abril 2006. Las muestras fueron extraidas usando La Linia Criogénica de Extracción al Vacío para posteriormente analizar los isótopos estables de deuterio (2H/1H). Basado en una aproximación gráfica podría ser demostrado que la captación de agua durante la estación seca difiere entre especies y niveles de diversidad.