Efectos de las fluctuaciones del nivel del agua y de la conectividad hidrológica en el funcionamiento y estado trófico de un sistema lacustre periurbano andino-patagónico

Abstract

El estado trófico de los ambientes acuáticos es un indicador de la productividad, de la calidad del agua y de su integridad biológica. La eutrofización debida a actividades antrópicas genera la pérdida de funciones ecosistémicas y constituye una preocupación ambiental global, resultando importante su evaluación precisa para una gestión eficaz. La conectividad hidrológica desempeña un papel central en el funcionamiento de los lagos y está fuertemente influida por las fluctuaciones del nivel del agua (FNA) debidas a causas naturales o antrópicas, y que pueden impulsar procesos de eutrofización. Esta tesis se centró en el análisis integral de las variables aplicadas en la evaluación del estado trófico de tres ambientes acuáticos andino-patagónicos que conforman un sistema lacustre interconectado, sujeto a riesgos de eutrofización por ubicarse en una zona periurbana (Bariloche, Patagonia Argentina). El monitoreo se realizó considerando las diferentes características hidrogeomórficas (HGM) de los ambientes, la complejidad hidrológica del sistema y la estacionalidad climática, y desde diferentes perspectivas: aplicando el índice de estado trófico tradicional basado en nutrientes y clorofila (IET), y mediante índices alternativos que emplean la materia orgánica disuelta coloreada (MODC) o el zooplancton. El sistema está constituido por dos lagos someros, Ezquerra y Morenito, una bahía del lago profundo Moreno Oeste (Bahía), y un área de conexión inundable (ACI) ubicada entre Morenito y Bahía. Se realizaron muestreos estacionales durante dos años, abarcando períodos de Aguas bajas y de Aguas altas, para evaluar el impacto de las FNA en la conectividad entre los ambientes y en la dinámica de las variables ambientales analizadas. Se evaluó la influencia de los nutrientes y de la MODC sobre el IET, así como las respuestas del fitoplancton a los cambios espacio-temporales de las condiciones ambientales, mediante un enfoque taxonómico y de grupos funcionales (GF), y a la dinámica del zooplancton. Las FNA estuvieron reguladas por el régimen de precipitaciones pluvio-nival, definiendo el grado de conectividad o aislamiento de los ambientes, y acompañadas por variaciones significativas en los parámetros morfométricos del sistema. Los parámetros físicos y químicos estuvieron regulados por las características HGM de los ambientes y por los períodos hidrológicos. El IET varió de mesotrófico a ultraoligotrófico, con un gradiente definido en la dirección Ezquerra-Morenito-ACI-Bahía. Se observó una marcada diferenciación entre ambientes durante la época seca y cierta homogeneización durante Aguas altas. Se confirmó que la presencia de macrófitas sumergidas afectó la dinámica del nitrógeno, influyendo en las fluctuaciones estacionales del IET. Así, una mayor conectividad entre ambientes en Aguas altas, junto con la presencia de macrófitas, contribuyen al mantenimiento de la calidad ambiental del sistema. Estas últimas actúan como filtros ambientales naturales durante su crecimiento, ayudando a regular la eutrofización y mantener la calidad del agua, y los aumentos del nivel del agua proporcionan una importante renovación hídrica al sistema. La MODC (254nm) es un indicador confiable del estado trófico incluso para lagos ultraoligotróficos, y podría aplicarse como una herramienta de monitoreo más simple. Además, la relación positiva entre el IET y el coeficiente de absorción a 355nm abre la posibilidad de estimarlo mediante satélites ópticos, proporcionando una mayor frecuencia de monitoreo espacio–temporal. Respecto a las comunidades fitoplanctónicas, hubo diferencias en su composición entre los ambientes estudiados. Las especies nanoplanctónicas Chrysochromulina parva, Pseudopedinella sp. y Plagioselmis lacustris (GF X2), así como Cryptomonas marssonii y C. erosa (GF Y) dominaron en los ambientes someros. Su abundancia y biomasa disminuyeron en el sentido Ezquerra-Morenito-ACI-Bahía durante Aguas bajas, y mayor en Morenito en Aguas altas, reflejando el gradiente del IET. En Bahía (ultraoligotrófica), los taxones mencionados dominaron en abundancia, aunque su biomasa fue relativamente baja debido a su pequeño tamaño. Durante Aguas altas, influyó la dominancia de las diatomeas Tabellaria fenestrata (GF N) y Fragilaria crotonensis (GF P) (de mayor tamaño). Durante Aguas bajas el aumento de los dinoflagelados (GF Lo) en este ambiente se asoció a mayores temperaturas e irradiancias. La abundancia del zooplancton estuvo dominada por rotíferos, fundamentalmente en Ezquerra, mientras que los crustáceos prevalecieron en términos de biomasa, con el copépodo Boeckella gracilipes dominando en Morenito, ACI y Bahía, y el cladócero Bosmina longirostris en Ezquerra. En cuanto a la dinámica estacional, el zooplancton de menor tamaño presentó mayores abundancias y biomasas en Aguas bajas, probablemente debido a la mayor depredación de los peces sobre el zooplancton de mayor tamaño durante el verano. Durante Aguas altas, las mayores biomasas de zooplancton, debidas a B. gracilipes, se registraron en Morenito. Esto se relacionó con un incremento de las Cryptophyceae, que se beneficiaron de los mayores ingresos de nutrientes, principalmente de N, durante este período. Esto mostró una mayor eficiencia del uso del recurso en el Morenito, donde los nutrientes se trasladaron eficientemente entre los diferentes niveles de la red trófica, sin un aumento excesivo del estado trófico. Las biomasas zooplanctónicas durante Aguas altas (Morenito>Ezquerra>ACI>Bahía), reflejaron el gradiente de concentraciones de nutrientes y de fitoplancton, ejerciendo un efecto bottom-up en las cadenas tróficas de estos lagos. Los IET estimados utilizando datos zooplanctónicos (IETRot e IETCrust) reflejaron el gradiente trófico, relacionándose significativamente con el IET tradicional. Los IETRot evidenciaron las diferencias entre ambientes y el mayor desarrollo de rotíferos durante Aguas bajas. El IETCrust mostró adecuadamente la variación del estado trófico entre períodos hidrológicos, particularmente en Morenito y en Ezquerra. Los dos años de monitoreo permitieron realizar una evaluación integral del sistema, y comparar los resultados obtenidos con estudios efectuados hace 20-30 años en cada ambiente por separado. Los ensambles de las comunidades planctónicas actuales coinciden con los registrados previamente; sin embargo, se observaron diferencias en la estructura comunitaria con cambios en los patrones de dominancia. Considerando que las FNA proporcionan una importante renovación hídrica al sistema, la preservación de la conectividad hidrológica y la conservación de las macrófitas, tanto sumergidas como emergentes, serían estrategias clave para mantener el funcionamiento saludable del mismo. Además, se recomienda continuar con el monitoreo estacional del sistema para profundizar en el conocimiento de su comportamiento y detectar cambios tempranos en la calidad del agua debido al posible impacto antrópico causado por el crecimiento demográfico y turístico.

The trophic state of aquatic environments is an indicator of their productivity, water quality and biological integrity. Eutrophication due to anthropogenic activities generates the loss of ecosystem functions and constitutes a global environmental concern, making its precise evaluation important for effective management. Hydrological connectivity plays a central role in the functioning of lakes and is strongly influenced by water level fluctuations (WLF) due to natural or anthropogenic causes and can drive eutrophication processes. This Thesis focused on the comprehensive analysis of the variables applied in the evaluation of the trophic state of three Andean-Patagonian aquatic environments that constitute an interconnected lake system, subject to risks of eutrophication as it is in a peri-urban area (Bariloche, Patagonia Argentina). The monitoring was carried out considering the different hydrogeomorphic features (HGM) of the environments, the hydrological complexity of the system and the climatic seasonality, and from different perspectives: applying the traditional trophic state index based on nutrients and chlorophyll (TSI), and through alternative indices that use colored dissolved organic matter (CDOM) or zooplankton data. The system is made up of two shallow lakes, Ezquerra and Morenito, a bay of the deep lake Moreno Oeste (Bahía), and a floodable connection area (FCA) located between Morenito and Bahía. Seasonal sampling was carried out for two years, covering periods of Low-water and High-water, to evaluate the impact of WLF on the connectivity between environments and on the dynamics of the environmental variables analyzed. The influence of nutrients and CDOM on the TSI was evaluated, as well as the responses of phytoplankton to spatiotemporal changes in environmental conditions, using a taxonomic and functional group (FG) approach, and to zooplankton dynamics. WLFs were regulated by the pluvio-nival precipitation regime, defining the degree of connectivity or isolation of the environments, and accompanied by significant variations in the morphometric parameters of the system. The physical and chemical parameters were regulated by the HGM features of the environments and by the hydrological periods. The TSI varied from mesotrophic to ultraoligotrophic, with a defined gradient in the Ezquerra–Morenito–FCA–Bahía direction. A marked differentiation between environments was observed during the dry season and a certain homogenization during the high-water period. The presence of submerged macrophytes affected the nitrogen dynamics, influencing the seasonal fluctuations of the TSI. Thus, greater connectivity between environments in the high-water period, together with the presence of macrophytes, contributed to the maintenance of the environmental quality of the system. The latter act as natural environmental filters during their growth, helping to regulate eutrophication and maintaining water quality, and increases in water level provide important water renewal to the system. CDOM (254 nm) is a reliable indicator of trophic status even for ultra-oligotrophic lakes and could be applied as a simpler monitoring tool. Furthermore, the positive relationship between the TSI and the absorption coefficient at 355 nm opens the possibility of estimating the trophic index using optical satellites, providing a greater frequency of spatio-temporal monitoring. Regarding the planktonic communities, there were differences in the phytoplankton composition between the studied environments. The nanoplanktonic species Chrysochromulina parva, Pseudopedinella sp. and Plagioselmis lacustris (FG X2), as well as Cryptomonas marssonii and C. erosa (FG Y) dominated in the shallow environments. Its abundance and biomass decreased in the Ezquerra-Morenito-FCA-Bahía direction during low-waters, while in high-waters Morenito presented the highest values, reflecting the TSI gradient. In Bahia (ultraoligotrophic), the aforementioned taxa dominated in abundance, although their biomass was relatively low due to their small size. During high-water periods, the dominance of the larger diatoms Tabellaria fenestrata (FG N) and Fragilaria crotonensis (FG P) also influenced. During low-waters, the increase in dinoflagellates (FG Lo) in this environment was associated with higher temperatures and irradiances. Zooplankton abundance was dominated by rotifers, mainly in Ezquerra, while crustaceans prevailed in terms of biomass, with the copepod Boeckella gracilipes dominating in Morenito, FCA and Bahía, and the cladoceran Bosmina longirostis in Ezquerra. Regarding seasonal dynamics, smaller zooplankton presented higher abundances and biomasses in low-waters, probably due to greater predation by fish on larger zooplankton during the summer. During high-waters, the highest zooplankton biomasses, due to B. gracilipes, were recorded in Morenito. This was related to an increase in Cryptophyceae, which benefited from the increased input of nutrients, mainly N, during this period. This showed a greater efficiency of resource use in Morenito, where nutrients were efficiently transferred between the different levels of the food web, without an excessive increase in trophic status. Zooplanktonic biomasses during high-waters (Morenito > Ezquerra > FCA > Bahía), reflected the gradient of nutrient and edible phytoplankton concentrations, exerting a bottom-up effect on the trophic chains of these lakes. The TSI estimated using zooplanktonic data (TSIRot and TSICrust) reflected the trophic gradient, relating significantly to the traditional TSI. The TSIRot showed the differences among environments and the greater development of rotifers during low-waters. The TSICrust adequately showed the variation of the trophic state between hydrological periods, particularly in Morenito and Ezquerra. The two years of study made possible a comprehensive evaluation of the system, and compare the results obtained 20-30 years ago through studies carried out in each environment separately. The assemblages of current planktonic communities coincide with those previously recorded; however, differences in dominance patterns were observed. Considering that WLFs provide important water renewal to the system, the preservation of hydrological connectivity and the conservation of submerged and emergent macrophytes would be key strategies to maintain its healthy functioning. In addition, it is recommended to continue with seasonal monitoring of the system to deepen the knowledge of its behavior and detect early changes in water quality due to the possible anthropic impact caused by demographic and tourism growth.