1 LICENCIATURA EN GESTIÓN AMBIENTAL CURE/Facultad de Ciencias UdelaRLIMNOLOGÍA LICENCIATURA EN GESTIÓN AMBIENTAL CURE/Facultad de Ciencias UdelaR CLASE Maldonado, 2013

2 CONSERVACION, MANEJO Y REHABILITACIONEl agua en lagos y humedales es solo una fracción de minuto en el total de agua presente en el planeta. Una gran proporción del total de agua dulce es almacenada como hielo y nieve en los polos y zonas aledañas (ca. 77%) o debajo del suelo (22%), menos del 0.5% está disponible para el uso de organismos (incluido el hombre).

3 Los principales usos humanos son: A) Suministro de agua potableB) Riego C) Energía D) Pesca E) Navegación El incremento de las poblaciones humanas y su concentración en áreas urbanas ha provocado el deterioro de los recursos de agua dulce.

4 Las principales alteraciones de los sistemas acuáticos incluye la eutrofización, contaminación por químicos tóxicos (herbicidas, insecticidas y metales pesados), acidificación, drenaje, riego, colmatación e introducción de especies exóticas.

5 Estrés y disturbios. Términos definidos originalmente a nivel poblacional. El estrés es cualquier factor que disminuye el crecimiento o producción de materia orgánica. El disturbio, en cambio, es cualquier agente físico, químico o biológico que provoca una remoción o pérdida de biomasa.

6 Considerando que el agua es un recurso esencial para las poblaciones humanas, grandes esfuerzos teóricos y prácticos se realizan actualmente para revertir el proceso de deterioro que sufren los sistemas acuáticos. En los lagos ácidos adicionamos compuestos para neutralizar el pH ácido, el ingreso de nutrientes en lagos eutróficos se reduce, la comunidad de peces se maneja para revertir los procesos de eutrofización (biomanipulación), y manejamos las malezas acuáticas con herramientas mecánicas o biológicas.

7 Cuando intentamos conservar, manejar o rehabilitar debemos saber cual es nuestro objetivo último. El objetivo es llegar a una situación prístina anterior al disturbio?

8 En Dinamarca existe un gran esfuerzo por revertir el proceso de eutrofización, forzando los lagos desde estados turbios con gran biomasa algas a estados de aguas claras con predominio de plantas acuáticas. Sin embargo, la información paleolimnológica indica que la condición pristina fue oligotrófica con muy pocas plantas.

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10 Manejo. Implementación y ejecución de medidas que eliminan o amortiguan las consecuencias adversas de una perturbación o alteración. Recuperación (restauración o rehabilitación). Medidas o acciones que procuran eliminar o amortiguar las causas de la perturbación o alteración.

11 Acidificación. Los términos de lluvia ácida y acidificación han adquirido gran notoriedad a partir del descubrimiento que las áreas industrializadas presentan lagos con un pH muy bajo. El agua de lluvia pura tiene un pH alrededor de 5.6, por lo tanto la lluvia ácida se define como aquella que presenta un pH<5.5.

12 Los combustibles fósiles tienen compuestos de nitrógeno y sulfuro que al ingresar a la atmósfera reaccionan de la siguiente manera: SO2 + O SO3 + O SO3 + H H2S04 3NO2 + H HN03 + NO

13 Los efectos de las lluvias ácidas difieren ampliamente entre los cuerpos de agua. En áreas donde la roca madre es rica en carbonatos no se observan efectos de lluvia ácida debido a la capacidad de los carbonatos y elevada alcalinidad de estos sistemas. La situación cambia dramáticamente en períodos de fuerte precipitación.

14 Cuando el pH de un lago registra valores menores a 6, se observan una serie importante de cambios. Algunos de estos efectos no son resultados de cambios de pH per se, son causados por efectos secundarios como una elevada concentración de aluminio y metales pesados.

15 Cuando el pH alcanza valores entre 5-6, la diversidad decrece considerablemente debido a que las cianobaterias y diatomeas desaparecen, el fitoplancton queda dominado por dinoflagelados (Peridinium) y crisofitas (Dinobryon). El decrecimiento en el número de especies de algas, así como en biomasa, condiciona una elevada transparencia (característica de los lagos acidificados).

16 El número de especies de algas fijas (perifiticas), se reduce drásticamente, sólo poco géneros como Mougeotia se pueden establecer. La comunidad de peces es severamente afectado por este proceso, principalmente por los efectos adversos del pH en la reproducción. En estos lagos predominan las clases de edad más viejas o en con el transcurso del tiempo el lago queda sin peces.

17 Los efectos en el zooplancton son también muy importantes, como la reducción o desaparición de Daphnias y el predominio de copépodos calanoides como Eudiaptomus y rotíferos como Keratella y Polyarthra.

18 La reducción de pH provoca un aumento de la solubilidad de los metales (aluminio) o de los metales pesados (cadmio). Los peces son especialmente sensible al aluminio desde el momento que este se unen a las agallas y afectan la eficiencia de la respiración. Otro mecanismo posible es la reducción de la concentración de fósforo debido a la unión del aluminio con el fósforo y su precipitación. La acidificación origina un proceso de oligotrofización.

19 Al reducirse la abundancia de peces la presión de predación se reduce y aumenta la abundancia de los grandes invertebrados predadores, como Chaoborus.

20 Una forma de reducir los efectos adversos, es agregar carbonato de calcio (CaCO3), proceso denominado en inglés liming. Esto provoca un incremento rápido del pH y la alcalinidad, reduciéndose la transparencia del agua y la concentración de metales.

21 Radiación solar ultravioletaLos clorofluorcarbonos (CFCs) reaccionan en la estratósfera con el UV y liberan el cloro. Este compuesto reacciona con el cloro dando lugar a O2 y O. El cloro no es afectado por la reacción por lo que continúa el ataque de nuevas moléculas de ozono. Este adelgazamiento de la capa de ozono y sus agujeros determinan que una gran cantidad de radiación UV llegue a la superficie, especialmente a latitudes altas. Las elevadas cantidades de radiación UV son extremadamente dañinas para los organismos ya que afectan procesos celulares fundamentales (por ej. replicación del DNA).

22 Desde que la longitudes de onda corta (como el UV) son rápidamente absorbidas en la columna de agua, los organismos acuáticos están más protegido que los organismos terrestres. Por otra parte, la sensibilidad a esta radiación es muy variable de acuerdo a los organismos considerados.

23 La comunidad de algas bentónicas reduce su producción de biomasa a medida que aumenta los niveles de radiación ultravioleta, sorprendentemente los herbívoros (como larvas de quironómidos) registraron una mayor biomasa. Los resultados demuestran que las algas bentónicas presentan un mayor producción a medida que aumenta la radiación UV en ciertos niveles, permitiendo una mayor cantidad de herbívoros. Este es un claro ejemplo como un tipo de perturbación puede producir efectos inesperados al afectar el balance entre distintos tipos de organismos.

24 En lagos húmicos, la elevada concentración de DOC determina que la penetración de la radiación UV-B sólo alcance unos pocos centrímetros.

25 Introducción de especies exóticas Esta alteración provoca en algunos sistemas cambios dramáticos como la extinción de especies nativas cambios en la dinámica de las comunidades. Los invasores pueden competir, depredar o destruir el hábitat de las especies nativas. Limnoperna Eichhornia crassipes

26 Los ejemplos más dramáticos están relacionados con la introducción de peces y las actividades de acuicultura, sin embargo existen numerosos ejemplos de bivalvos o malezas acuáticas. Limnoperna Las malezas acuáticas son un ejemplo curioso, en algunas partes del mundo se concentran enormes esfuerzos en el reestablecimiento de la vegetación sumergida, mientras que las misma especies puede ser combatidas como malezas en otras partes del mundo. Eichhornia crassipes

27 En Europa, la planta sumergida Elodea canadiensis se disperso rápidamente durante la última parte del siglo XIX, o producto de la eutrofización ha existido un incremento sustancial de Phragmites australis. En USA, la planta de origen euro-asiático Myriohyllum spicatum ha ocasionado series problemas. Limnoperna Eichhornia crassipes

28 Sin embargo, los ejemplos más espectaculares y serios de dispersión de malezas acuáticas provienen de especies de las regiones tropicales y subtropicales. Dos de los ejemplos más notorios son las macrófitas flotantes libres: Eichhornia crassipes y Salvinia molesta. Limnoperna Eichhornia crassipes Estas malezas interfieren con la navegación, generación de energía hidroeléctrica, pesca, generación de agua potable, entre las mas importantes.

29 Métodos de control: Mecánicos Químicos Biológicos LimnopernaEichhornia crassipes

30 Existen numerosos ejemplos de introducción de bivalvos exóticos que provocan serias modificaciones de los hábitat: como eliminación de especies nativas, reducción de la biomasa de fitoplancton u obstrucciones de instalaciones de suministro de agua potable o represas. Las especies más conocidas son: Corbicula fluminea, Dreissena polymorpha, Limnosperna. Limnoperna Eichhornia crassipes

31 La introducción de peces exóticos sin lugar a dudas ha provocado las mayores alteraciones. Unos de los ejemplos más espectaculares es los efectos adversos sobre la diversidad de cíclidos provocada por la perca del Nilo (Lates).

32 EUTROFIZACION Durante los años 1950 y 1960 varios lagos de zonas urbanas y agrícolas presentaron cambios drásticos, convirtiéndose en cuerpos de aguas turbios. La razón de este cambio no fue inmediatamente identificado, pero el vertimiento de aguas residuales no tratadas y el uso de fertilizantes agrícolas fueron los principales sospechosos.

33 Los científicos sugirieron que el fósforo provocaba los cambios observados y al proceso lo denominaron eutrofización. Esta hipótesis fue rechazada radicalmente por la industria de detergentes. Para resolver la controversia, se dividió un lago a la mitad, a uno se adicionó carbono + nitrógeno, a la otra los mismos elementos + fósforo. En esta última parte de lago se desarrollo una importante floración de cianobacterias.

34 La adición de fósforo condiciona una cadena de eventos que producen el incremento del crecimiento de los productores primarios. Las algas perifíticas y las macrófitas sumergidas generalmente presentan un incremento de su biomasa durante el inicio del proceso. Sin embargo, si el incremento de nutrientes continua el predominio de los productores primarios se desplaza hacia el fitoplancton, en especial hacia las cianobacterias. La reducción de la transparencia y el aumento de la producción de biomasa conllevan a una gran acumulación de material orgánico en las capas más profundas.

35 La degradación de la materia orgánica provoca condiciones de hipoxia o anoxia en el sedimento y en las capas más profundos de lago. La descomposición anaeróbica genera gases (sulfhídrico, metano) causantes de los malos olores. La menor concentración de oxígeno, el incremento de amonio y amoniaco, y la menor transparencia modifican drásticamente la comunidad de peces, generando la ausencia total de peces o el predominio de planctívoros.

36 Cuando se identificó la causa del proceso, evidentemente que la primera estrategia de recuperación fue reducir el aporte de fósforo a los lagos. En este contexto, se invirtió importantes sumas de dinero en el desarrollo e implementación de plantas de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, la reducción del aporte externo no fue suficiente para mejorar las condiciones del lago debido al elevado reservorio de nutrientes en el sedimento (carga interna) y la estructura de la trama trófica.

37 EUTROFIZACION A) Control de la carga externa.Las estrategias de rehabilitación de los cuerpos de agua eutróficos se pueden incluir en tres grandes categorías: A) Control de la carga externa. B) Control de la carga interna. C) Biomanipulación. EUTROFIZACION

38 Control de la carga externaEn el caso de vertimientos de aguas residuales domésticas e industriales es necesario la instalación de sistemas de tratamientos primarios, secundarios y terciarios. En otras palabras, es necesario reducir el aporte de materia orgánica como los nutrientes que resultan de su descomposición. La descomposición de la materia orgánica se realiza en lagunas de estabilización donde ocurren procesos de degradación aeróbicos y anaeróbicos. El fósforo generalmente se remueve mediante el acomplejamiento con sulfato de aluminio (Al(SO4)2) o cloruro férrico (FeCl3).

39 EUTROFIZACION En muchos países existe un importante desarrollo en la implementación de humedales artificiales para reducir el aporte externo de nutrientes. Estos sistemas artificiales cumplen las funciones de las plantas de tratamientos primarios, secundarios y terciarios.

40 Control de la carga interna Remoción del sedimentoControl de la carga interna Remoción del sedimento Remoción previo vaciado Remoción sin vaciado. Húmeda o seca Dilución y lavado Aislamiento físico del sedimento Aislamiento químico del sedimento: A) Oxigenación del sedimento B) Método Riplox de oxidación del sedimento. EUTROFIZACION

41 Remoción del sedimento Existen diversos métodos de remoción del sedimento del lago. El principal problema es la localización de un lugar adecuado para el depósito del material. Estos mecanismos son altamente efectivos, sin embargo ocurren una serie de impactos negativos en el agua (aumento de la turbidez y disminución de la concentración de oxígeno, entre otros) y en las áreas circundantes. Algunos de ellos tienen corta duración y pueden ser minimizados con un plan adecuado. Remoción previo vaciado Este procedimiento requiere el vaciado del lago y la utilización de maquinaria pesada para la extracción del sedimento.

42 Existen dos formas de remoción del sedimento sin vaciar el lago: dragado húmedo y seco. El primero de los métodos se realiza mediante succión del sedimento desde el fondo y posterior deposición en una balsa flotante. El sedimento se deposita rápidamente, mientras que el agua sobrante escurre directamente al lago. Durante el proceso de dragado seco en cambio, el material removido es transportado a una planta de lavado donde el lixiviado se deposita en lagunas de sedimentación. El método de dragado seco otorga mejores resultados, ya que el lago no permanece turbio.

43 A través del manejo de las entradas de agua, es posible variar el tiempo de residencia del lago, lo cual representa una medida efectiva para el “lavado” de microalgas del sistema y reducir el impacto de liberación de nutrientes desde el sedimento. Sin embargo, la renovación tiene que ser equivalente al 10 o 15 % del volumen del lago por día para ser efectiva. En algunos casos, la disminución del tiempo de residencia se puede llevar a cabo disminuyendo o no la concentración de nutrientes al mismo tiempo. Para conseguir esto último, es necesario contar con una fuente de agua pobre en nutrientes que provoque un efecto de dilución de las concentraciones actuales.

44 Aislamiento físico del sedimento En lagos pequeños se han desarrollado diferentes estrategias para cubrir el fondo con sedimentos externos pobres en nutrientes (por ej. arena) o con materiales plásticos aislantes. EUTROFIZACION

45 Oxigenación del sedimento La introducción de oxígeno disuelto al sedimento permite la descomposición de la materia orgánica acumulada. Por otra parte, en presencia de oxígeno la mayoría de los compuestos que contienen fósforo son insolubles. Por esta razón, este es un método muy efectivo para el aislamiento químico del sedimento. En lagos profundos la oxigenación del sedimento se logra mediante la instalación de equipos de circulación de agua que previenen los procesos de estratificación. EUTROFIZACION

46 Método Riplox de oxidación del sedimento El objetivo de este método es reducir la carga interna de fósforo mediante la oxidación de la superficie del sedimento, provocando que el fosfato precipite en complejos metálicos. Se bombea directamente en el sedimento Ca(NO3)2 y FeCl3, lo que provoca el incremento de la concentración de oxígeno y hierro, aumentando la retención del fósforo. El pH es estabilizado con la adición de Ca(OH)2, en un pH cercano a la neutralidad las bacterias denitrificadores provocan el pasaje de nitrato a nitrógeno gaseoso. EUTROFIZACION

47 El término biomanipulación fue acuñado por Shapiro et alEl término biomanipulación fue acuñado por Shapiro et al. (1975) para designar manejos de la biota para alcanzar un objetivo deseable para los humanos. En general se ha aplicado para la reducción de la biomasa algal en lagos eutróficos. Estas técnicas procuran reducir la abundancia de los peces zooplanctívoros o agregar peces piscívoros. EUTROFIZACION

48 La biomanipulación ha sido probada en varios países de Europa y Estados Unidos con resultados variables. Los mejores resultados se han obtenido en lagos poco profundos cuando más del 80% de la biomasa de planctívoros se ha removido. EUTROFIZACION Sin embargo, el éxito de estos programas depende de otros procesos como el incremento de la biomasa de las macrófitas sumergidas y las algas perifíticas. Para el crecimiento de estas dos comunidades es indispensable la reducción de los peces de hábito bentívoro, por su perturbación del sedimento y excreción de nutrientes en la columna de agua.

49 Estados estables alternativos Uno de los más importantes hallazgos realizados en los últimos 15 años es que los lagos poco profundos eutróficos con concentraciones similares de nutrientes pueden estar dominados de plantas sumergidas o por fitoplancton. La transición entre estos estados alternativos no es gradual con respecto al incremento de la carga de nutrientes, esta caracterizado por una rápida transición entre estos estados. En relación con el fósforo estos estados pueden existir sobre un rango entre 25 a 1000 mg/L. EUTROFIZACION

50 Los estados claros y turbios son muy estables en condiciones de baja y alta carga de nutrientes respectivamente. Las plantas acuáticas consumen de forma lujuriosa los nutrientes, liberan sustancias orgánicas que inhiben el crecimiento algal, y el desarrollo del perifiton reduce la presión de herbivoría sobre la vegetación. Por otro lado, el estado turbio limita seriamente el acceso a la luz por parte del perifiton y plantas sumergidas, la ausencia de la plantas reduce la capacidad de refugio del zooplancton, y una gran proporción de la comunidad fitoplanctónica no puede ser consumida por los herbívoros (por ej. cianobacterias filamentosas). EUTROFIZACION

51 Medidas adicionales El nivel del agua de los lagos poco profundos pueden en ocasiones ser manipulado mediante un pequeño esfuerzo. Existen diversos ejemplos de rápida colonización de las plantas sumergidas o desaparición asociados al descenso o incremento del nivel del agua respectivamente. El descenso del nivel del agua mejora la disponibilidad de luz en el sedimento, facilitando el establecimiento de la vegetación acuática. EUTROFIZACION

52 EUTROFIZACION Barley-straw. La introducción de restos vegetales en la propia columna de agua (50g m-3) provoca una fuerte reducción de la biomasa fitoplanctónica. La evidencia indica que los procesos implicados son una menor disponibilidad de nutrientes para el fitoplancton, y la liberación de sustancias fitotóxicas del residuo vegetal.

53 A efectos de promover el establecimiento de la vegetación sumergida es necesario en ocasiones implementar exclusiones para aves o peces. EUTROFIZACION Existen varios antecedentes sobre la creación de refugios artificiales para el zooplancton y peces, en general de materiales plásticos.

54 EUTROFIZACION