ÍNDICE TRÓFICO DIATOMEAS EN LAGOS

ÍNDICES DE DIATOMEAS EN LAGOS

Entrada elaborada por el Dr. Manel Leira

Se hace en esta entrada una aproximación al uso de un índice trófico de calidad de los lagos basado en la presencia de diatomeas bentónicas. Estos índices son muy utilizados desde hace décadas para los ríos, pero sin embargo deben ser convenientemente adaptados para su utilización en los lagos.

Las diatomeas litorales son contribuyentes importantes de la producción primaria en ecosistemas acuáticos algo profundos y pueden usarse como indicadores del estado trófico.

Diseño experimental para Sanabria

Entre noviembre 2015 y septiembre 2016, se recogieron muestras de diatomeas bentónicas en siete puntos del litoral (localidades L1 a L7 en los mapas) del lago de Sanabria; distribuidos a lo largo de todo su perímetro y fueron ubicadas en zonas de distinta intensidad de uso, pero sin incluir las zonas de playas.

Se tomaron muestras preferiblemente de epiliton, y como segunda opción de tallos de plantas macrófitas emergentes. El muestreo de epipsammon o epipelon se evitó para evitar las diferencias que se originan en las diferentes preferencias de sustrato de las especies indicadoras.

recogida muestras
muestra vegetación perifiton

El método analítico se ajustó a los estándares europeos. Al menos se contaron 400 valvas en cada preparación usando 1000 × magnificación y contraste de fases, y se registraron las especies identificadas junto con su abundancia. Todos los taxones se identificaron a la resolución más alta posible (por lo general especie o variedad). Los taxones infraespecíficos se fusionaron para aquellas especies en las que no parece existir una respuesta diferente a las condiciones ambientales de los taxones infraespecíficos.

muestras cepillado fitobentos
muestras fitobentos

Con base en la ocurrencia específica de las especies identificadas y los valores ecológicos (valor del indicador y sensibilidad), se define el LTDI (Lake Trophic Diatom Index) para cada muestra litoral de un lago.

En este estudio del lago de Sanabria, se aplicó el índice trófico de diatomeas de Bennion et al. (2014) porque se consideró el más adecuado, teniendo en cuenta las características batimétricas del lago y su litología. Este índice al ser una relación de calidad ecológica, da como resultado valores altos cuando la calidad es alta.

Está basado en el índice trófico de diatomeas fluviales recalibrado y aplicado a las comunidades de diatomeas propias de los lagos. A los taxones se les asigna una puntuación en la escala de sensibilidad a la presencia de nutrientes esenciales en el agua: 1 (sensible a nutrientes) a 5 (tolerante a nutrientes).

La DMA requiere derivación del estado ecológico en una escala de rango de calidad  (EQR, Ecological Quality Ratio) sobre la base de los datos observados y los valores de referencia previstos. De esta comparación resulta un EQR global que representa una clase de estado ecológico de alta, buena, moderada, mala o mala. La escala EQR oscila 0 (estado ecológico malo) a 1 (estado ecológico alto) y se suele expresar gráficamente en un escala de color (ver entrada) .

PRIMEROS RESULTADOS

El resultado de aplicar el LTDI proporcionó una media = 0.86 (min-max = 0.66-1.00), lo que sugiere una condición de buena calidad en este primer periodo de estudio que se presenta (ver cabecera de la entrada) pero con muestras diagnosticadas como de moderada y alta calidad.

Todas las localidades estudiadas presentan valores pertenecientes a las categorías de “Muy Buena” o “Buena” calidad biológica, excepto las localidades L1, L5 y L6 que presentan un valor “Moderado” en algún momento del año (verano-otoño).

El LTDI es un índice con un planteamiento restringido si lo comparamos con los índices aplicados usualmente en ríos, ya que excluye taxones que no hayan sido identificados en lagos.

En el caso particular de los taxones determinados en el lago de Sanabria durante la campaña de agosto, se observa que LTDI sólo ha tenido en cuenta para su cálculo 60 taxones del total de 109 taxones determinados (el 55% del total). Si observamos el porcentaje de especies retenidas en cada estación para el cálculo del índice LTDI considera un porcentaje mayor del 80% del total de taxones incluidos en el análisis. Atendiendo a las distintas categorías considerando el porcentaje de la abundancia relativa máxima, para la categoría “Más del 5%” el LTDI considera a 13 taxones, un 81,25% del total de la categoría, para “Entre el 5% y el 1%” considera 26 taxones (un 78,78%) y, finalmente, para “Menos del 1%” 22 taxones (un 36,66%).

De esta manera, el LTDI sería considerado apto como índice de calidad biológica en el lago de Sanabria, ya que tiene en cuenta ciertos taxones que son bastante frecuentes en el lago, aunque ignora ciertos taxones que aparecen con frecuencia pero en bajas abundancias y asocia especies morfológicamente próximas y les da el mismo valor indicador a todas.

En esta primera aproximación del trabajo de calidad biológica basado en diatomeas también hemos usado una aproximación de tipo funcional (Riato et al. 2017). Este análisis va más allá de las métricas basadas en las especies individuales, para entender la respuesta de las comunidades a las posibles perturbaciones en la zona litoral del lago.

Las diatomeas usan varias adaptaciones para tolerar perturbaciones ambientales, como el pastoreo o cambios en el nivel del agua que pueden afectar la disponibilidad de luz y nutrientes y el mayor contenido de iones, a través de distintos cambios en la abundancia de tres gremios ecológicos (perfil bajo, perfil alto y móvil).

Estos gremios se relacionan con las estrategias de compartir un recurso similar por especies en un contexto competitivo. Estudios previos han demostrado su utilidad como indicadores biológicos.

  • Las diatomeas de “perfil bajo” abarcan especies de baja estatura incluyendo diatomeas postradas, adnadas y erectas. Este grupo puede resistir perturbaciones físicas, pero no toleran el enriquecimiento en nutrientes.
  • El gremio de “perfil alto” comprende especies grandes, o aquellas que tienden a formar colonias (por ejemplo, diatomeas formadoras de tubos y filamentosas). Este grupo no puede resistir la turbulencia, pero se beneficia del enriquecimiento en nutrientes.
  • El gremio “móvil” consiste en especies de movimiento rápido (por ejemplo, Navicula sp, Nitzschia sp) y está adaptado tanto a un entorno turbulento como a las altas concentraciones de nutrientes.

PERFIL BAJO

 Achnantidium minutissimum

PERFIL ALTO

Gomphonema coronatum

PERFIL MÓVIL

Navicula sp

Nitzschia sp

Primeras Conclusiones

En el lago de Sanabria los gremios de perfil bajo dominados por formas de vida pioneras,  p.e. Achnanthidium minutissimum, mostraron una mayor abundancia a lo largo de todo el año en aquellos lugares con niveles altos de perturbación; específicamente: zonas de baño y pisoteo por el ganado. Es bien sabido que las diatomeas pioneras de perfil bajo, A. minutissimum, son colonizadores tempranos resistentes a diversas perturbaciones, incluidas las fluctuaciones extremas en el nivel del agua del lago poca exposición a la luz y el estrés mecánico. De manera similar, el gremio de perfil alto dominaba en las localidades con mayor crecimiento macrofítico.

En particular aquellas zonas del lago con un peor diágnostico de la calidad mediante el uso de diatomeas perifíticas podría ser interpretado como una alerta temprana, en casos donde existe una entrada difusa de nutrientes.

Por otro lado los diferentes rasgos biológicos de las diatomeas según su forma de vida nos permite, además, discriminar eficazmente entre diferentes niveles de alteración de los hábitats litorales; tanto por contaminación orgánica y/o de nutrientes (vertidos, infiltración, depósito atmosférico, etc.), como por alteración física o abrasión del sustrato (masificación, pisoteo, actividades de baño y navegación, etc.).

  Leer más sobre los índices tróficos de diatomeas  

Además, busca en Internet:

¿QUÉ ES EL BIOVOLUMEN ALGAL ?

¿ QUÉ ES EL BIOVOLUMEN ALGAL ?

Entrada elaborada por la Dra. Ana I. Negro

Se hace en esta entrada una aproximación al cálculo del biovolumen de las microalgas del fitoplancton. Este parámetro, muchas veces difícil de obtener debido a la morfología celular, es uno de los indicadores que se utilizan con respecto al elemento de calidad “fitoplancton” (junto con la clorofila a) en la evaluación del estado ecológico de las masas de agua.

El método tradicional, y más comúnmente utilizado, consiste en aproximar el volumen de las células de cada especie a través de la combinación del volumen de una o más figuras geométricas tridimensionales que, en conjunto, sean lo más similares posible a dichas células. midiendo muchas células en cada muestra es posible obtener con cierta precisión un volumen representativo de la especie. Procediendo del mismo modo con cada especie, obtendríamos el biovolumen de toda la comunidad fitoplanctónica.

Para estimar el biovolumen celular de una especie, en primer lugar debemos asignar una forma geométrica que se adapte a la morfología de sus células. En la diatomea de la figura la forma más adecuada es un cilindro.

Conociendo el diámetro (d) y altura (h) de la célula podemos calcular el volumen celular (o “biovolumen”). Para estimar el biovolumen celular promedio (Bcel) que podemos asignar a la especie debemos efectuar medidas y calcular los bio-volúmenes celulares de muchos individuos.

  • Muchas especies del fitoplancton tienen morfologías que se asemejan a figuras geométricas simples tales como esferas, cilindros, conos, prismas, etc. 
  • Sin embargo otras especies tienen formas complejas, que deben ser descompuestas en varias figuras geométricas sencillas para poder calcular el biovolumen celular completo.
  • Otras además pueden tener una cubierta exterior o prominencias radiales que dificultan los cálculos; o bien formar cenobios. Que pueden tener forma de filamentos o grupos celulares irregulares.
Staurastrum longipes
Se trata del mismo individuo visto en posición lateral (arriba) y apical (derecha).
Staurastrum longipes

Multiplicando el Bcel por la cantidad de células/litro contabilizadas en la muestra, calculamos el biovolumen aportado por la especie (Besp) por unidad de volumen de muestra de agua; expresado normalmente en mm3/l.

Todo este proceso se repite para cada especie de la muestra. La suma de los Besp de todas las especies nos da el biovolumen total del fitoplancton en la muestra, dato que se utiliza como indicador de biomasa fitoplanctónica.

Ver ejemplos del lago de Sanabria: Clic

Para facilitar el cálculo de biovolúmenes y asegurar la calidad de la información generada en los programas de seguimiento del estado de los lagos y embalses llevados a cabo por los Organismos de Cuenca, se han estandarizado biovolúmenes medios para algunas especies de fitoplancton. Estos valores pueden obtenerse en TAXAGUA. Además, en TAXAGUA se indican las figuras geométricas adecuadas para muchas especies.

Como norma general, para calcular el biovolumen se utilizará de forma preferente la información asociada a TAXAGUA. En caso de que esta información no esté disponible se podrá recurrir a las siguientes alternativas: 

  • Utilizar biovolúmenes de la bibliografía. 
  • Calcular los biovolúmenes celulares de las especies en cada masa de agua.

El documento de referencia, aplicable en estado ecológico, por normativa en España desde 2013 es el PROTOCOLO DE ANÁLISIS Y CÁLCULO DE MÉTRICAS DE FITOPLANCTON EN LAGOS Y EMBALSES MFIT- 2013

También la siguiente Norma Española especifica el procedimiento para estimación del biovolumen del fitoplancton basándose en el método de asignación de figuras geométricas: 

UNE-EN16695:2016. Calidad del agua. Guía para la estimación del biovolumen de fitoplancton (BOE Nº 36 de 11 de febrero). Equivale a la Norma Europea EN 16695:2015)

  Leer más sobre el cálculo de biovolúmenes algales  

  • Lewis, M. R. Jr. 1976. Surface/Volume ratio: Implications for phytoplankton morphology. Science 192: 885-887
  • Hamilton, P. B. 1990. The revised edition of a computerized plankton counter for plankton, periphyton and sediment diatom analyses. Hydrobiologia 194: 23-30
  • Hawkins, P. R., J. Hollyday, A. Kathuria & L. Bowling. 2005. Changes in cyanobacterial biovolume due to preservation in Lugol’s Iodine. Harmful Algae 4: 1033-1043
  • Hillebrand, H., Dürselen, C. D., Kirschtel, D., Pollingher, U., & Zohary, T. 1999. Biovolume calculation for pelagic and benthic microalgae. Journal of Phycology 35: 403-424
  • Sun, J., & Liu, D. 2003. Geometric models for calculating cell biovolume and surface area for phytoplankton. Journal of Plankton Research 25(2): 1331-1346

Además, busca en Internet:

Es un sitio web mantenido por la empresa estatal LTV encargada de la gestión del agua en el estado de Sajonia (Alemania) y la ATT, una asociación sin ánimo de lucro integrada por diversas instituciones (universidades, administraciones), asociaciones y empresas alemanas relacionadas con el abastecimiento de agua, investigación, etc. Entre sus contenidos podemos encontrar una galería fotográfica de fitoplancton con datos sobre medidas biométricas y figuras geométricas que puede ser utilizada para el cálculo del biovolumen.
También contiene un apartado con las fórmulas matemáticas de 36 figuras geométricas simples y compuestas adecuadas para el fitoplancton, así como una calculadora para el cálculo del volumen de cada figura. Es muy interesante además el listado de bibliografía que ofrece, con cerca de 450 registros, sobre morfología, biología, taxonomía, metodología, etc. del fitoplancton.

Este software está diseñado especialmente como herramienta de ayuda en los trabajos de recuento de fitoplancton, incluido el cálculo de biovolumen. Es un producto de AquaEcology.