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El Parque Nacional Palo Verde constituye un mosaico de diferente hábitat inundable de llanura, delimitado por ríos y por una fila de cerros calcáreos. El área está sujeta a inundaciones estacionales de gran magnitud. Durante la estación lluviosa, debido a su poco drenaje, la llanura se anega por efecto de la acción combinada de la lluvia, las mareas y los desbordamientos de los ríos Tempisque y Bebedero. Desde los miradores de los cerros Catalina y Guayacán se observa una amplia extensión de los pantanos y lagunas del parque y de una buena parte de la provincia de Guanacaste.
Palo Verde es uno de los lugares de mayor variedad ecológica de Costa Rica, con más de 12 hábitat diferentes. Entre ellos se encuentran las lagunas y pantanos salobres y de agua dulce, los zacatonales con mangle salado (Avicennia germinans), los manglares, los pastizales con raspa guacal (Curatella americana) los bosques achaparrados de bajura, los bosques mixtos deciduos de llanura, los bosques mixtos sobre colinas calcáreas, los bosques ribereños o de galería, las sabanas arboladas, los bosques anegados y los bosques siempre verdes.
En esta área protegida se han identificado unas 150 especies de árboles; uno de los más conspicuos , y que da nombre al lugar, es el palo verde (Parkinsonia aculeata), un arbusto espinoso, de hojas, ramas y tronco de color verde claro, con delicadas flores amarillas. En el parque es encuentra la mayor población de Costa Rica del guayacán real (Guaiacum sanctum), un árbol de madera extremadamente pesada y muy apreciada, en grave peligro de extinción.
Una de las mayores concentraciones de aves acuáticas y vadeadotas de toda Mezo América tiene lugar en Palo Verde. De septiembre a marzo, unas 60 especies, tanto residentes como migratorias, se concentran en las lagunas y áreas vecinas para alimentarse y reproducirse. De éstas, las de mayores poblaciones son el piche (Dendrocygna autumnalis) - 25.000 individuos -, la zarceta (Anas discors - 15.000 individuoas - y el garzón (Mycteria americana)) - 4.000 individuoas -.
Otras especies de aves muy conspicuas son el galán sin ventura (Jabiru mycteria), especie amenazada de extinción y cuya población aquí es de unos 45 individuos, y la lapa roja (Ara macao), ya casi desaparecida de Guanacaste. Se han observado unas 279 especies de aves en el parque, de las 60 son acuáticas.
En la isla Pájaros, de 2.3 ha, localizada en el río Tempisque, nidifican 13 especies de aves; esta isla conformada por un manglar, posee la colonia nidificante más grande de Costa Rica del martinete coroninegro (Nycticorax nycticorax). en las riberas de los ríos Tempisque y Bebedero se observan cocodrilos (Crocodylus acutus) de hasta 5 m de largo. En los sitios conocidos como Botija, Bocana y Sonzapote se han encontrado yacimientos arqueológicos prehispánicos.
Palo Verde forma parte de la unidad biogeográfica que se conoce como “las bajuras del Tempisque”; este parque está a la lista de humedales de importancia internacional de Ramsar. A la administración, en la sección Negritos, se llega desde Bacanes vía carretera Panamericana - Tamarindo - Bagatzi - Administración (20 km), por caminos en parte pavimentados y en parte lastrados.
En la sección Catalina hay senderos al cerro Catalina, laguna Bocana, laguna Nicaragua, El Roble, La Palmita y embarcadero; también se localiza un área para acampar con mesas, lavabos y agua potable. En la sección Palo Verde existen los senderos Cueva del Tigre, Comenal, Cerro Guayacán, La Venada y Río Tempisque (embarcadero Chamorro).
Cerca del puesto Palo Verde se encuentra la Estación Biológica Palo Verde, un centro de investigaciones sobre humedales y bosques secos, administrado pro la Organización para Estudios Tropicales (OTS); un sendero educativo discurre entre esta Estación y el cerro Guayacán.
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