Evaluación de la materia orgánica disuelta cromofórica como herramienta de monitoreo del estado trófico de lagos andino-patagónicos: análisis en un gradiente ambiental

GIANELLO, DIAMELA; REISSIG MARIANA; DE STEFANO, LUCIA; PÉREZ, GONZALO; QUEIMALIÑOS, CLAUDIA

Tandil

Congreso; II Jornadas Internacionales de Ambiente y IV Jornadas Nacionales de Ambiente 2018; 2018

El objetivo de este trabajo fue evaluar a la materia orgánica disuelta cromofórica (MODC) como posible herramienta para monitorear el estado trófico de tres ambientes acuáticos andino-patagónicos. Para ello, la MODC de cada ambiente se correlacionó con el índice de estado trófico (IET) obtenido a partir de los datos de fósforo y nitrógeno totales (PT y NT), clorofila a (Cla) y la profundidad del disco de Secchi (DS). Tanto las concentraciones de PT, NT y Cla como las de MODC e IET disminuyeron a lo largo del gradiente trófico (desde la laguna Ezquerra hacia el lago Moreno Oeste), mientras que la variable DS siguió un patrón opuesto. Correlaciones positivas y significativas del PT y el IET con la MODC señalan a la MODC como un excelente predictor del estado trófico de los ambientes bajo estudio, esto posibilita una correcta evaluación de su estado ecosistémico con un monitoreo de alta frecuencia.AbstractThe aim of this work was to evaluate the chromophoric dissolved organic matter (CDOM) as a possible tool for monitoring the trophic state of three aquatic environments in the Andean-Patagonian region. With this purpose, the CDOM of each lake was correlated with the trophic state index (TSI) obtained from the total phosphorus and total nitrogen data (TP and TN), the chlorophyll a (Chla) and the Secchi disk depth (SDD). The TP, TN and Chla concentrations as well as those of CDOM and the TSI decreased along the trophic gradient (from lake Ezquerra to Lake Moreno Oeste), while the SDD followed an opposite pattern. The positive and significant correlation of TP and TSI with CDOM shows to CDOM as an excellent predictor of the trophic state of studied lakes, and enables a rapid assessment and evaluation of their trophic states with a high-frequency monitoring.IntroducciónEl conocimiento del estado trófico de los lagos es utilizado desde hace décadas para comprender la estructura y la función del ecosistema acuático, para predecir posibles tendencias futuras en condiciones ambientales cambiantes y para desarrollar estrategias de mitigación apropiadas (Zhang et al., 2018). En general, el estado trófico de un lago se evalúa utilizando cuatro indicadores de calidad del agua (nitrógeno total: NT, fósforo total: PT, clorofila a: Cla y profundidad del disco Secchi: DS) (Carlson 1977, Kratzer y Brezonik 2010, Wetzel 2001, Zhang et al., 2018). Sin embargo, debido a que las determinaciones de NT, PT y Cla se realizan en laboratorio mediante métodos químicos, la evaluación rápida del estado trófico de un lago en gran medida queda inhibida (Zhang et al., 2018). Hasta el momento no se han desarrollado sensores para medir NT y PT in situ para el monitoreo de alta frecuencia (Blaen et al., 2016), por lo tanto, resulta necesario implementar alternativas para evaluar rápidamente el estado trófico de los lagos utilizando indicadores representativos que puedan ser monitoreados eventualmente a través de sensores de monitoreo de alta frecuencia (Zhang et al., 2018). La materia orgánica disuelta (MOD) natural está constituida por una mezcla heterogénea de compuestos de carbono que tienen diferente origen y que son susceptibles de ser degradados por procesos fotoquímicos y biológicos (Prairie 2008). Los nutrientes inorgánicos, principalmente nitrógeno (N) y fósforo (P), además de múltiples compuestos orgánicos que forman parte de la MOD ingresan desde el sistema terrestre, alterando la química del agua e influyendo sobre el estado trófico del ambiente. En este sentido, el estudio de las propiedades ópticas de la MOD cromofórica (MODC) provee información sobre la calidad de la MOD y de la influencia de los sistemas terrestres sobre los acuáticos. En particular, es posible analizar la dinámica espacio-temporal de la MOD a partir de la espectroscopía UV-visible (asociada con MODC) (Helms et al., 2008). Por otro lado, recientemente se le ha asignado una creciente importancia a la MOD derivada de las actividades humanas, como aguas residuales urbanas, agricultura e industria (Mostofa et al. 2013). En 1999, Williamson y colaboradores (Williamson et al., 1999) revalorizaron la influencia de la MOD sobre el estado trófico de los sistemas acuáticos considerando que la fracción cromofórica de la MOD (MODC) altera la disponibilidad de la luz en la columna de agua y los ciclos de los nutrientes (Jones, 1992; Wetzel, 2001). Recientemente, Zhang et al. (2018) evaluaron el estado trófico utilizando el índice de estado trófico (IET) de Carlson modificado y obtuvieron una relación positiva entre la absorción de MODC y el índice de estado trófico en un rango de lagos oligotróficos a eutróficos. En este contexto, el objetivo del presente trabajo es realizar una evaluación de la materia orgánica disuelta cromofórica como posible herramienta para el monitoreo del estado trófico de tres ambientes acuáticos andino-patagónicos que poseen diferentes características hidrogeomórficas y grado de urbanización, y que conforman un gradiente ambiental de productividad partiendo desde la ultraoligotrofia hasta la mesotrofia. En este trabajo se presentan los primeros resultados obtenidos durante marzo de 2018.Materiales y MétodosEste estudio se focaliza en tres ambientes acuáticos hidrológicamente conectados que conforman un complejo lacustre perteneciente al sistema Nahuel Huapi. Jurisdiccionalmente están ubicados dentro del Ejido Municipal de San Carlos de Bariloche, aunque geográficamente se encuentran en el Parque Nacional Nahuel Huapi. Se trata de dos lagos someros (laguna Ezquerra y lago Morenito) y una bahía perteneciente a un lago profundo (lago Moreno Oeste), ubicándose aguas arriba la laguna Ezquerra, luego el lago Morenito y finalmente el lago Moreno Oeste que drena sus aguas en el Lago Nahuel Huapi (Figura 1). En la unión entre el lago Morenito y el lago Moreno Oeste existe un ensanchamiento de dimensiones variables (dependientes del momento hidrológico), que ha sido incluido en el estudio. Su denominación arbitraria es ?Bota?, por la semejanza de su forma. Los dos lagos someros se encuentran incluidos dentro de la Reserva Natural Urbana Morenito-Ezquerra (RNU-ME), que cuenta con un Plan de Manejo aprobado en 2016 (PM-RNUME, 2016). La subcuenca del Lago Morenito es la única que presenta urbanización. Si bien el número de habitantes es bajo (350 habitantes, Censo 2010), presenta un incremento sostenido de urbanización. En la laguna Ezquerra (Zmáx=3m) se tomaron muestras en 3 puntos a 1,5 m de profundidad (a, b y c), en el lago Morenito, se seleccionaron 2 puntos de muestreo (Morenito 1: Zmáx=9,9 m y Morenito 2: Zmáx=9,5 m) y en cada uno de estos se tomaron muestras a 1,5 m de la superficie, 1,5 m del fondo y a una profundidad intermedia (z1, z2 y z3). En la ?Bota? se tomaron muestras en 2 puntos a 1,5 m de profundidad (a y b). Por último, en la bahía del lago Moreno Oeste se seleccionaron 3 puntos de muestreo ubicados desde la zona de conexión con el Lago Morenito hasta la salida de la bahía a lo largo de un eje longitudinal. Las Zmax de los puntos de la Bahía fueron 3, 6 y 20 m respectivamente, tomando muestras sólo a 1,5 m en el punto más somero (a y b), y a 1,5 m de la superficie, 1,5 m del fondo y 1 ó 2 muestras intermedias en el resto de la columna de agua en el caso de Bahía 2 (z1, z2 y z3) y la Bahía 3 (z1, z2, z3 y z4) (Figura 1).En cada punto se midió la profundidad del disco de Secchi y se tomaron muestras de agua con botella limnológica tipo Kemmerer para la determinación en laboratorio de PT y NT, Cla y caracterización de la MOD. El PT se determinó por digestión ácida con persulfato de potasio y posterior valoración como fósforo reactivo soluble (APHA, 2005), y el NT por digestión alcalina con solución de persulfato de potasio en hidróxido de sodio 1,5 N, y posterior valoración como nitrato en espectrofotómetro (Bachmann y Canfield 1996). La concentración de Cla se determinó según el método de extracción en etanol al 90% y su posterior lectura espectrofotométrica (Nusch, 1980), previa filtración de 3 litros de muestra con filtros GF/F ? Munktell 0,7μm. Para la caracterización de la MOD ópticamente activa (MODC) se filtraron 100 ml de agua a través filtros PVDF 0,22 μm y se midió el espectro de absorbancias de cada muestra entre 250 y 800 nm a intervalos de 1 nm mediante espectrofotometría UV-Visible (UV-1800, Shimadzu). La caracterización de las sustancias disueltas se basó en el cálculo de la MODC total como la absorción integrada entre los 250 y los 450 nm con una resolución de 1 nm (Helms et al., 2008). El índice de estado trófico (IET) se calculó a través de la media ponderada de las siguientes cinco ecuaciones:IET = 0,326 IET (Cla) + 0,219 IET (NT) + 0,230 IET (PT) + 0,225 IET (DS)(1)IET (Cla) = 10 (2,5 + 1,086 lnCla)(2)IET (PT) = 10 (9,436 + 1,624 lnPT)(3)IET (NT) = 10 (5,453 + 1,694 lnNT)(4)IET (Disco de Secchi) = 10 (5,118-1,94 lnDS)(5)Donde IET (Cla), IET (NT), IET (PT) y IET (DS) indican índice de estado trófico en relación con Cla (µg/L), NT (mg/L), PT (mg/L) y profundidad del Disco de Secchi (m), respectivamente.ResultadosEntre las variables utilizadas en el cálculo del IET, las concentraciones de PT, NT y de Cla mostraron una disminución a lo largo del gradiente trófico, con sus mayores valores en la laguna Ezquerra, disminuyendo hacia el lago Morenito y el lago Moreno Oeste. En contraste, y tal como es esperado, la profundidad del Disco de Secchi siguió un patrón opuesto (Figura 2). Figura 2: Concentración de PT, NT y Cla, y profundidad del disco de Secchi en los ambientes estudiados.La MODC total también presentó los mayores valores en la laguna Ezquerra y los menores en el lago Moreno Oeste, variando entre 2821,93 y 88,89 m-1, respectivamente. Por su parte, el índice trófico (IET) varió entre 33,97 y 9,27, respectivamente indicando una mayor productividad de la laguna Ezquerra y menor hacia la bahía del lago profundo (Tabla 1). Sin embargo, la laguna Ezquerra puede ser considerada un ambiente mesotrófico dado que el valor obtenido de IET es mayor a 30, mientras que el Morenito, la Bota y el Moreno Oeste presentan valores de IEF menores a 30 típicos de ambientes oligotróficos (Zhang et al., 2018). Sin embargo, es destacable que la bahía del lago Moreno Oeste presenta valores mucho más bajos de IET que el lago Morenito (Tabla 1). En ambas variables (IET y MODC) se observa que se han formado tres grupos homogéneos en términos estadísticos, ya que existen diferencias significativas entre las muestras obtenidas en cada uno de los tres ambientes (Tabla 1). Tabla 1: Comparación de medias del IET y MODC de los ambientes estudiados (test de Tukey)NivelGrupos homogéneosPromedioMODC totalPromedio IETEZQUERRA A2821,9333,965MORENITO 1 B770,4325,900MORENITO 2 B762,9325,509BOTA B711,2522,946BAHÍA 1 C97,028,548BAHÍA 2 C88,898,596BAHÍA 3 C104,179,274Al analizar las relaciones entre la MODC total con la concentración de PT y con el índice trófico (IET), se obtuvieron fuertes correlaciones positivas y significativas: Pearson r = 0,810; p