The contribution of dew and fog in the water balance of a continental semiarid grassland ecosystem

Abstract

"In arid and semiarid regions, water scarcity plays an important role in determining the plant distribution, density, cover and productivity; it also controls many other biological processes. In these regions, different water sources such as dew and fog may serve as a reliable water source that significantly contributes to the annual water balance. The aim of this study was measuring the frequency, duration and amount of dewfall from January 2011 to December 2016 to assess its contribution to the local water balance in a continental semiarid grassland. We found that dewfall occurred on 39% of the nights with an average duration of 5 ± 4 h. Daily average dewfall deposition during the study period was 0.2 mm with the highest accumulation of 0.7 mm. Annual dewfall ranged between 16.5 and 69 mm over the course of the study, therefore representing between 4.9 % and 10.2% of annual precipitation. Dewfall contributed between 7.6% and 33.6% of the total dry season precipitation, which considerably reduced the water deficit. We also identified and tested the possible mechanism of water resource partitioning and the use of dew of the grass species B. gracilis and M.rigida. We found that B. gracilis and M. rigida overlapped in patterns of water extraction during the wet season (5-10 cm), but they shift their water uptake during the dry season using soil water from 15-25 cm depth. The IsoSource model also showed that dew can have an important contribution as a water source for both species. It is well known that most plants species exhibit capabilities of water uptake from the leaf surface, helping to improve its physiological processes, growth and survival. The results underscore the importance of considering plant rehydration through the leaf surface pathway in studies of plant-water relations. These results significantly modify the current paradigm on the role of dew in a continental semiarid grassland, and the dew water use by grasses, where dew water is considered negligible and is not regarded as a potential water source."

"En las regiones áridas y semiáridas, el agua es escasa y juega un papel importante en la distribución, densidad, cobertura y productividad de las plantas; así como también controla muchos otros procesos biológicos. En estas regiones, otras fuentes de agua, tales como el rocío y niebla pueden ser fuentes constantes de agua que contribuyen significativamente al balance hídrico. El objetivo de este estudio fue medir la duración, frecuencia y cantidad de rocío de enero 2011 a diciembre de 2016, para evaluar su contribución local al balance hídrico de un pastizal semiárido continental. Encontramos que el rocío es un fenómeno muy común que ocurre el 39% de las noches durante el año, con una duración promedio de 5 ± 4 horas. Con una cantidad promedio de rocío de 0.2 mm y una máxima de 0.7 mm durante el período de estudio. La cantidad anual promedio de rocío varió entre 16.5 y 69 mm durante el período de estudio, lo que representa desde 4.9% hasta 10.2% de la precipitación anual. Mientras que, durante la temporada de secas, el rocío, contribuye entre 7.6% y 33.6% del total de la precipitación, lo cual reduce el déficit hídrico considerablemente. También, identificamos y determinamos los posibles mecanismos del uso de agua de rocío y la asignación de recursos hídricos de dos especies de pastos (Bouteloua gracilis y Muhlenbergia rígida). Encontramos que las dos especies, tienen un patrón de uso del agua mayormente de la superficie del suelo (5-10 cm) durante la temporada de lluvias, sin embargo, estas especies son capaces de extraer agua de partes más profundas del suelo durante la temporada de secas, lo que les permitiría sobrevivir sequías prolongadas. Además, usamos el modelo, IsoSource, con el cual se determinó que el rocío se puede considerar una fuente importante de agua para ambas especies. Por otra parte, es conocido que la mayoría de las plantas tienen la capacidad de tomar el agua acumulada en la superficie de la hoja, lo cual mejora procesos fisiológicos, crecimiento y supervivencia de la planta. En este trabajo demostramos que tanto B. gracilis mientras que en M. rígida tienen la xvi capacidad de absorber el agua a través de la hoja, y la principal ruta de absorción es a través de la epidermis en B. gracilis y M. rígida probablemente a través de los estomas y tricomas. Tales diferencias, fueron atribuidas a la alta resistencia por la superficie de la hoja especialmente al grosor de la cutícula y su permeabilidad. Estos resultados modifican significativamente el paradigma de la importancia del rocío en los pastizales de las zonas semiáridas y el uso del rocío por los pastos, donde estas fuentes de rocío son consideradas insignificantes y no se considera una fuente potencial de agua."