EVALUACION DE LA CALIDAD DEL AGUA DE LA LAGUNA BLANCA: SUS CAUSAS Y RESPUESTAS

Transcripción

1 EVALUACION DE LA CALIDAD DEL AGUA DE LA LAGUNA BLANCA: SUS CAUSAS Y RESPUESTAS FACULTAD DE CIENCIAS SECCION LIMNOLOGIA IGUA 4225 CP 114 TEL Int. 148 nmazzeo@fcien.edu.uy AUTORES N. Mazzeo C. Kruk M. Meerhoff F. Quintans G. Lacerot J. Gorga L. Rodríguez Gallego M. Loureiro F. García Rodríguez B. Scharf D. Larrea PROYECTO FINANCIADO POR AGUAS DE LA COSTA S.A. Y CSIC (PROGRAMA DE VINCULACION CON EL SECTOR PRODUCTIVO) 21

2 1. RESUMEN EJECUTIVO 2 2. INTRODUCCION 2.1 Aspectos generales de los sistemas acuáticos someros de la costa este del Uruguay Eutrofización: marco teórico para sistemas someros Importancia de las plantas acuáticas sumergidas Antecedentes de la laguna Blanca Objetivos del presente informe 6 3.AREA DE ESTUDIO 7 4. MATERIAL Y METODOS Evolución de la Laguna Blanca Información paleolimnológica Cambios recientes en la cuenca y la propia laguna durante los últimos 6 años Vegetación acuática Características fisicoquímicas del agua y sedimento Estructura de las comunidades planctónicas Estructura de las comunidades nectónicas Análisis de datos RESULTADOS Evolución de la Laguna Blanca Información paleolimnológica Cambios recientes en la cuenca y la laguna Distribución, biomasa y contenido de nutrientes de Egeria densa Características fisicoquímicas del agua y sedimento Agua Sedimentos Distribución de la carga de nutrientes por compartimento Estructura de las comunidades planctónicas Coliformes total y fecales Fitoplancton Zooplancton Estructura de las comunidades nectónicas DISCUSION Estado trófico actual y tendencias futuras Evolución pasada del estado trófico y sus causas Efectos de las plantas sumergidas en este sistema Crecimiento, biomasa y PVI de Egeria densa Efecto de E. densa sobre los controles ascendentes Efecto de E.densa sobre los controles descendentes Problemas y sabor del agua 5 7. CONCLUSIONES 5 8. PAUTAS DE MANEJO Y CONSERVACION Medidas internas Medidas externas Monitoreo REFERENCIAS APENDICE I GLOSARIO 6 1

3 1. RESUMEN EJECUTIVO La Laguna Blanca es un sistema poco profundo ubicado en el Depto. de Maldonado (Manantiales), actualmente utilizado como fuente de agua potable. Debido a un notorio deterioro de la calidad de agua, que impidió en algunos períodos su utilización, la empresa concesionaria AGUAS DE LA COSTA S.A. encomendó a la Sección Limnología de la Facultad de Ciencias un estudio que permitiera evaluar la situación actual de este cuerpo de agua. Asimismo, se estableció como prioridades identificar las causas del proceso antes mencionado, determinar distintos escenarios futuros y elaborar pautas de manejo que aseguraran el fin de este sistema. Los resultados expuestos en este informe indican que la Laguna Blanca es un sistema eutrófico-hipereutrófico, con una importante carga interna de nutrientes actualmente incorporada al sedimento y a la biomasa de plantas acuáticas vasculares. El proceso actual de eutrofización se inició en los últimos cien años asociados a una serie de actividades en la cuenca de drenaje, como ganadería, plantaciones de Pinus pinaster, urbanización, entre otras, que determinaron directa o indirectamente el aumento del contenido de nutrientes. La respuesta del sistema fue un notorio aumento de la biomasa de los productores primarios. Actualmente, este sistema se encuentra en un estado de equilibrio denominado de aguas claras, con un predominio de plantas sumergidas (principalmente Egeria densa) y una moderada a baja biomasa fitoplanctónica. La presencia de E. densa condiciona mecanismos que mantienen al sistema en su actual estado de equilibrio, sin embargo éste presenta grandes probabilidades de pasar a un estado turbio con presencia de cianobacterias. Las características actuales de la Laguna Blanca son totalmente adecuadas para el fin que cumple, sin embargo deberá continuarse con un monitoreo de sus principales características e implementarse el programa de manejo que a continuación se detalla. Las variaciones del nivel de agua modifican drásticamente las características del sistema y su calidad del agua, promoviendo inconvenientes de sabor y olor en períodos de sequías. El plan de manejo propuesto involucra: A) Mantenimiento del nivel de la laguna por encima de la altura 1.3 m indicada en el limnímetro (Zmáx=1.8m). Por lo tanto, deben implementarse planes estratégicos de fuentes alternativas en los períodos de sequías. B) Remoción de Egeria densa exclusivamente en las zonas de acumulación de la biomasa desprendida por acción del viento. C) Introducción de peces piscívoros de forma de recomponer la trama trófica y aumentar la resistencia del sistema al pasaje a un estado turbio. D) Implementación de un área protegida en la cuenca para asegurar los fines del sistema y conservar sus valores paisajísticos y de biodiversidad. El plan propone una modalidad de gestión conjunta entre los vecinos, la empresa y autoridades nacionales y municipales. 2

4 2. INTRODUCCION 2.1 Aspectos generales de los sistemas acuáticos someros de la costa este del Uruguay La costa Atlántica del Uruguay (22 km) se caracteriza por largas bahías separadas por puntas rocosas y dunas de arena de hasta 2 metros de altura. Las lagunas situadas en esta área forman parte de una serie de ecosistemas acuáticos que se continúan, en dirección norte, en Brasil. Estos sistemas se formaron durante el cuaternario por el desarrollo de dunas litorales en la última trasgresión marina. En dirección oeste-este se observan las siguientes grandes lagunas: Sauce (45 km 2 ), José Ignacio (18 km 2 ), Garzón (13 km 2 ), Rocha (72 km 2 ), Castillos (9 km 2 ), Negra (142 km 2 ) y Merín (375 km 2 ). Todos estos sistemas son someros y la mayoría se conectan periódicamente con el océano Atlántico a través de la apertura de barras arenosas. Las lagunas de Castillos y Rocha presentan conexiones periódicas con el océano, mientras que Laguna Negra se encuentra totalmente aislada (Conde & Sommaruga 1999). Otras pequeñas lagunas forman parte de esta cadena de ecosistemas acuáticos, como es el caso de La Escondida, Blanca (ambas en Maldonado), García, Encantada y del Brioso, estas tres últimas ubicadas en Rocha. Los sistemas acuáticos en el Uruguay presentan fundamentalmente dos tipos de perturbaciones: la eutrofización y los procesos de contaminación asociados al uso de pesticidas, metales pesados y vertimiento de basura sólida. Sin lugar a dudas, la eutrofización 1 es el disturbio de mayor importancia en el país (Scasso & Mazzeo 2). Este proceso se manifiesta generalmente a través de una intensa proliferación y acumulación de microalgas y plantas acuáticas, lo que provoca una disminución de la transparencia y/o cambios en la coloración del agua, así como la disminución de la concentración de oxígeno en el sedimento y la generación de malos olores producto de la descomposición anaeróbica de la materia orgánica (Wetzel 1983; Ryding & Rast 1992). Este fenómeno puede presentarse naturalmente en los sistemas lacustres, asociado al aporte de nitrógeno y fósforo de la cuenca de drenaje, pero se ve acelerado por la adición de materiales de origen antropogénico (uso de fertilizantes, aporte de materia orgánica de origen doméstico o industrial, entre otras). Desde el punto de vista de la utilización de un sistema como fuente de agua potable (caso de la Laguna Blanca), la eutrofización presenta una serie de consecuencias negativas. El excesivo desarrollo del fitoplancton causa serios inconvenientes en los procesos de potabilización, los cuales se hacen más complejos y costosos cuando se registran floraciones de algas tóxicas, fenómeno cada vez más frecuente en el Uruguay. Por otra parte, un excesivo crecimiento de macrófitas (flotantes libres o sumergidas) puede impedir el intercambio de gases entre la columna de agua y la atmósfera, promoviendo la descomposición anaeróbica de la materia orgánica y la generación de malos olores. Además, la acumulación de biomasa vegetal y los procesos de descomposición asociados generan importantes cantidades de sustancias húmicas, que ocasionan problemas en la potabilización del agua. Procesos muy avanzados de eutrofización impiden la utilización de los sistemas para el suministro de agua potable. 1 Los términos específicos pueden ser consultados en el glosario. 3

5 2.2 Eutrofización: marco teórico para sistemas someros De acuerdo con la visión clásica (Phillips et al. 1978), los cambios asociados a la eutrofización ocurren de forma gradual y asociada al gradiente de concentración de nutrientes, y en el caso de los lagos someros éstos se manifiestan fundamentalmente en alteraciones en la competencia entre los productores primarios. El aporte de nutrientes estimula el crecimiento de fitoplancton y de algas epífitas, lo que disminuye la luz que llega al sedimento, limitando de este modo el crecimiento de macrófitas sumergidas. Se inicia así un proceso de autoperpetuación donde se produce la desaparición gradual de la vegetación sumergida y la comunidad de productores primarios queda dominada totalmente por el fitoplancton. TRANSPARENCIA DEL AGUA NUTRIENTES PISCIVOROS PLANCTIVOROS ZOOPLANCTON Fig. 1. Esquema de interacciones tróficas de un lago somero, las flechas negras y blancas indican aquellas de tipo negativos y positivos, respectivamente. Las flechas rojas y azules señalan el conjunto de controles ascendentes y descendentes, respectivamente. Estudios realizados simultáneamente en Dinamarca, Reino Unido y Holanda han cambiado radicalmente esta visión clásica de relaciones causales (Moss 199; Scheffer 199, 1998; Jeppesen 1998). El desarrollo del fitoplancton depende de la disponibilidad de nutrientes (control bottom-up o ascendente) y de la presión de consumo por el zooplancton (control topdown o descendente). Asimismo, a abundancia y tamaño del zooplancton está fuertemente condicionado por la comunidad de peces y específicamente por la relación de peces piscívorosplanctívoros (Fig. 1). Un aumento de la abundancia de peces planctívoros determina una fuerte presión de consumo sobre el zooplancton, condicionando indirectamente un mayor desarrollo del fitoplancton. Por lo tanto, si la reducción de la carga de nutrientes no es acompañada de una importante perturbación (ej. reducción de planctívoros), el pasaje de un estado turbio a uno de agua clara ocurrirá a una concentración de nutrientes mucho menor a la que originalmente desencadenó dicho estado (Jeppesen 1998). Esta hipótesis, que es sustentada por observaciones empíricas (Jeppesen et al. 199; Moss et al. 1996; Jeppesen et al. 1997), investigaciones en encerramientos y aplicaciones de técnicas de biomanipulación (Jeppesen et al. 1998), así como por modelos teóricos (Scheffer 199, 1998; Scheffer & Jeppesen 1998), es uno de los aportes más importantes de los últimos años a la ecología de lagos someros. En resumen, esta hipótesis sostiene que los lagos someros poseen dos estados estables alternativos, uno denominado claro con alta transparencia del agua, baja biomasa fitoplanctónica y predominio de macrófitas sumergidas, y otro turbio con baja transparencia del agua, alta biomasa fitoplanctónica y sin macrófitas sumergidas. La resistencia del sistema a cambiar de estado origina un fenómeno de histéresis, que implica que el lago bajo procesos de 4

6 eutrofización u oligotrofización, presenta valores diferentes con la misma carga de nutrientes (Fig. 2). de biomasa microalgal muy Biomasa algal Oligotrofización Eutrofización Carga de nutrientes Fig. 2. Fenómeno de histéresis, con una misma carga de nutrientes pueden existir diferentes biomasas algales de acuerdo al proceso en que el sistema acuático esté involucrado. Algunos aspectos de esta hipótesis permanecen controversiales, como el límite superior de la concentración de nutrientes que determina el pasaje de un estado de agua clara a uno turbio (Moss et al. 1996; Jeppesen 1998). Existe un amplio rango de nutrientes donde estos dos estados pueden coexistir, pero la estabilidad de una fase de agua clara decrece a medida que aumenta la concentración de nutrientes. Factores, denominados switches (cambios bruscos) pueden desencadenar el rápido pasaje de un estado a otro. Estos pueden ser cambios en el nivel de agua, remoción de las macrófitas (mecánica, por herbicidas o sobrepastoreo), disminución del zooplancton de gran tamaño o alteraciones del cociente peces piscívoros/planctívoros (Moss et al. 1996). 2.3 Importancia de las plantas acuáticas sumergidas La presencia de plantas acuáticas puede limitar o impedir un desarrollo importante del fitoplancton (Søndergaard & Moss 1998). Las plantas crean un ambiente de aguas quietas y de sombra que incrementa las tasas de sedimentación del fitoplancton y limita sus requerimientos energéticos. Asimismo, liberan sustancias alelopáticas que inhiben directamente las microalgas, y ejercen un control ascendente (bottom-up) mediante la reducción de los nutrientes disponibles en el agua por asimilación o creando condiciones propicias para la denitrificación (Søndergaard & Moss 1998, Jeppesen 1998). Las plantas sumergidas también presentan un importante papel en los controles descendentes (top-down), brindando refugio a los macrofiltradores (por ej. cladóceros de gran tamaño) contra la predación de los peces planctívoros (Timms & Moss 1984, Moss et al. 1996, Scheffer 1998). En resumen, varios mecanismos asociados directa o indirectamente con la vegetación sumergida estabilizan las fases de agua clara. Sin embargo, algunos de estos mecanismos no han sido completamente entendidos o investigados (Stephen 1997). 2.4 Antecedentes de la laguna Blanca La Laguna Blanca (34 54 S, 54 5 W) es un sistema costero (sin entradas superficiales de agua marina), somero (Zmáx= m) y con un área de 4.5 há. Es utilizado desde 197 como fuente de agua para consumo humano. Durante el período de 1997 a 1998, en este sistema ocurrió un importante descenso del nivel del agua que condicionó una rápida colonización de Egeria densa y la eliminación de gran parte de la comunidad de peces. Durante este episodio y posteriormente en períodos breves, problemas de sabor y olor del agua imposibilitaron el uso de este sistema para 5

7 el suministro de agua potable. Asimismo fue necesario la instalación de piletas de carbón activado en la planta de tratamiento para solucionar los problemas antes mencionados, y el uso de una fuente alternativa de agua (arroyo San Carlos). Teniendo en cuenta estos antecedentes, la empresa AGUAS DE LA COSTA S.A. decidió evaluar la situación actual de la calidad del agua del sistema y establecer las estrategias de manejo más adecuadas. La Laguna Blanca es un ejemplo muy interesante desde el punto de vista de las consecuencias económicas y sociales de su manejo, así como desde el punto de vista teórico. El estado de la laguna constatado antes del inicio del presente estudio, una fase de agua clara dominada por plantas sumergidas (principalmente E. densa), puede considerarse aceptable de acuerdo a criterios de conservación y de funcionamiento de los sistemas someros. Sin embargo, el excesivo crecimiento de la biomasa vegetal provoca una gran acumulación de materia orgánica, condiciones de anoxia e hipoxia en el sedimento y columna de agua, y una elevada concentración de sustancias húmicas. Asimismo, estos efectos pueden determinar interferencias en el proceso de potabilización del agua. De acuerdo a esto, el manejo de este sistema implica un compromiso entre las necesidades de su uso y el estado de conservación más acorde a su fin. Varios antecedentes (Maceina et al. 1992) demuestran claramente que un manejo inadecuado de la vegetación sumergida tiene consecuencias negativas, por ej. el desarrollo de floraciones de cianobacterias tóxicas. Los datos históricos de OSE y AGUAS DE LA COSTA S.A. permiten establecer la hipótesis de que la reducción drástica del nivel de agua entre los años 1997 y 1998 favoreció el establecimiento de una fase de agua clara con una dominancia de E. densa. La hipótesis de trabajo de la presente propuesta sostiene que un manejo adecuado del exceso de biomasa vegetal evitará los problemas en el proceso de potabilización del agua y el pasaje del sistema a un estado de agua turbia. 2.5 Objetivos del informe Los objetivos de esta investigación son: determinar el estado actual de la calidad del agua de la Laguna Blanca, establecer los principales efectos de Egeria densa sobre la misma y elaborar pautas de manejo de acuerdo a los servicios que brinda el sistema. Las principales preguntas que pretende responder este trabajo son: Cuál es el estado trófico actual de la laguna? Cuál ha sido la evolución temporal del estado trófico? Cuál es el efecto de las plantas sumergidas en este sistema? Los problemas de sabor y olor están asociados a un exceso de biomasa de plantas acuáticas en descomposición? Cuáles son los factores más importantes en el deterioro de la calidad del agua observada en los últimos años? Cuáles son las estrategias de manejo más adecuadas para este sistema considerando sus fines actuales? 6

8 3. AREA DE ESTUDIO La laguna se encuentra ubicada en una cuenca muy pequeña (.54 km 2 ) y recibe el aporte intermitente de dos pequeñas cañadas sin nombre, una en el N y otra en el NE. Estas cañadas se encuentran fundamentalmente rodeadas de vegetación típica de suelos temporalmente saturados de agua (donde se destacan los caraguatales). Al S se presenta una pequeña cañada que conduce el exceso de agua de la laguna hacia el Océano Atlántico (Fig. 3). CARCAVAS DE EROSION LIMITE DE LA CUENCA RUTA 14 ZONAS FORESTADAS CON PINOS RUTA 9 PLANTA DE AGUAS DE LA COSTA S.A. OCEANO ATLANTICO Fig. 3. Mapa de la cuenca de la laguna Blanca con sus principales tributarios y efluentes. Se incluye la ubicación espacial de algunas de las actividades antrópicas consideradas en el documento. La zona residencial abarca principalmente la franja costera. El margen N de la laguna coincide con una paleocosta marina, indicando el antiguo límite del mar. El margen S estaba influenciado por un sistema dunar móvil (previo a la plantación de Pinus) que terminaba directamente en la laguna (Fig. 4). El sistema presenta una importante zona litoral (ca. 3% de su área total). La vegetación acuática se presenta como un mosaico de parches compuestos por especies de diversos hábitos ecológicos. Entre las formaciones vegetales de mayor importancia se destacan, la vegetación litoral emergente, las islas flotantes y los bancos de plantas sumergidas. En la Fig. 5 se detalla un corte longitudinal de la zona litoral del SW de la laguna donde se puede observar la distribución de las especies en función de la profundidad del sistema. Los parches de plantas emergentes están dominados por Typha latifolia, Schoenoplectus californicus, Scirpus giganteus y también emergentes de pequeño porte como Polygonum hydropiperoides y Enhydra sp. En los parches de Typha se encuentran especies flotantes de pequeño porte como Azolla sp, Ricciocarpus natans y 7

9 diversas Lemnáceas (Spirodela intermedia, Wolffiela oblonga, Lemna minuta y L. valdiviana). Otras especies encontradas en estas formaciones fueron Mykania micrantha, Solanum adventitium y Alternanthera phylloxeroides m m NIVEL DE AGUA REGISTRADO EN 1944 NIVEL DE AGUA LIMITE DE ZONA LITORAL LIMITE DE LA VEGETACION SUMERGIDA Fig. 4. Secuencia temporal de fotografías áreas de la Laguna Blanca y parte de su cuenca. 8

10 Zona pelágica Zona litoral Zona de inundación Enhydra sp. Polygonum punctatum Myriophyllum aquaticum Utricularia gibba Ludwigia peploides Althernathera phylloxeroides Hydrocotyle bonariensis Bacopa monnieri Gramíneas Ceratophylum demersum Polygonum hydropiperoides Cabomba caroliniana Oxycarium cubensis Hydrocotyle ranunculoides Potamogeton ferrugineus Typha latifolia Schoenoplectus californicus Mikania micrantha Cyperus virens Cyperus prolixus Scirpus giganteus Spirodela intermedia Salvinia sp. Egeria densa Azolla sp. Lemna minuta Wolffiela oblonga Ricciocarpus natans Fig. 5. Esquema de un corte longitudinal en el sector SW de la laguna, señalando la distribución espacial de las diferentes formaciones vegetales. 9

11 Las islas flotantes son asociaciones vegetales cuyo sustrato presenta una gran acumulación de materia orgánica fuertemente cohesionada por el sistema radicular de sus especies. La formación de estos parches es el resultado de un proceso de sucesión que comienza con el establecimiento de pequeñas plantas flotantes de los géneros Azolla, Salvinia, Spirodela y Lemna. Para el desarrollo de esta comunidad son necesarias condiciones de escaso movimiento del agua, como las que existen en las zonas libres entre la vegetación emergente o en compartimentos con una gran acumulación de biomasa de E. densa. Esta comunidad de pequeñas plantas flotantes sirve de sustento a especies emergentes como Hydrocotyle ranunculoides, Scirpus cubensis, Utricularia gibba, Habenaria arenifera, y ocasionalmente Polygonum hydropiperoides. El sistema radicular de estas especies consolida la mata flotante permitiendo que especies de mayor tamaño como Typha e incluso árboles colonicen la isla. La Fig. 6 permite observar el desplazamiento de una isla flotante durante un muestreo realizado en la primavera del 2, en este caso el desplazamiento fue ocasionado por un fuerte viento del SW-W. Los bancos de plantas sumergidas están compuestos principalmente por Egeria densa y en menor abundancia por Ceratophyllum demersum. Esta última se encuentra dispersa en zonas litorales rodeadas de vegetación emergente (principalmente en el SW, SE y NW). En agosto de 1999 se registraron unos pocos especímenes de Potamogeton ferrugineus. Egeria densa presenta un tallo débilmente sujeto al sedimento por raíces adventicias. En la mitad de la columna de agua el tallo se ramifica, acumulando la mayor parte de la biomasa debajo de la superficie. Debido al débil enraizamiento de E. densa y la poca consistencia del sedimento de la laguna, las plantas son fácilmente transportadas en la columna de agua manteniendo su posición de vida. Esto fue constatado al colocar redes de enmalle que permanecieron fijas durante 24 horas, durante los muestreos de peces. Egeria densa puede emerger masivamente a la superficie cuando el nivel de agua de la laguna es bajo, alrededor de los 2. m (profundidad máxima). Fig. 6. Desplazamiento de una isla flotante asociado a un fuerte viento del SW. Setiembre/ 21. 1

12 4. MATERIAL Y METODOS 4.1 Evolución de la Laguna Blanca Información paleolimnológica Se extrajo un testigo de sedimento de 555 cm de largo con un pistón-corer en el punto de mayor profundidad de la laguna. Las muestras fueron inmediatamente conservadas en tubos de plástico blanco y dispuestas en forma horizontal para evitar compactación. Las muestras fueron transportadas por avión a Alemania (UFZ- Magdeburg), donde se conservaron a 4 C en absoluta oscuridad. Los contenidos de materia orgánica y carbonato fueron determinados por ignición a 55 y 88 C, respectivamente. Los contenidos de nitrógeno, carbono y fósforo fueron cuantificados de acuerdo a los métodos del Instituto Alemán de Estándares (DIN: Deutsches Institut für Normung) y a la Organización Internacional de Estándares (ISO). Los pigmentos fotosintéticos fueron extraídos con etanol 96% por 24 horas. Luego de un análisis exploratorio con el método espectrofotométrico de Nusch (198) se seleccionaron muestras para el análisis por cromatografía líquida (HPLC: high pressure liquid chromatography), que se encuentra en progreso. Las muestras de sedimentos fueron datadas por 137 Cs, 21 Pb, 14 C convencional sobre materia orgánica sedimentaria. Para 137 Cs y 21 Pb las muestras fueron secadas a 6 o C por 48 hs y enviadas al laboratorio de analítica del UFZ-Leipzig. La actividad de 21 Pb fue medida con un espectrómetro gamma de germanio de alta pureza (HPGe). Las edades de 21 Pb y 137 Cs fueron establecidas de acuerdo al modelo de tasa constante de entrada (CRS: constant rate supply). Las tasas de sedimentación fueron calculadas a partir de las edades de 21 Pb. Las edades del sedimento estimadas a partir de la actividad de 21 Pb y 137 Cs, fueron comparadas con información histórica sobre impactos antrópicos en la cuenca para corroborar la confiabilidad de las medidas. La información histórica fue obtenida de la Dirección Nacional de Minería y Geología (DINAMIGE), Ministerio de Transporte y Obras Públicas (MTOP), Aguas de la Costa S.A. y conversaciones con gente local Cambios recientes en la cuenca y la laguna durante los últimos 6 años Con el objetivo de conocer los principales cambios en el uso de la cuenca y las posibles modificaciones de la laguna durante las últimas décadas, se analizó una secuencia de fotografías aéreas de 1944, 1966 y 1998 mediante fotolectura y metodología SIG (Sistema de Información Geográfica, software ArcView versión 3.2). La fotografía de 1944 es oblicua, escala 1:4. y fue tomada por el Servicio Geográfico Militar en el vuelo del Trimetrogón del 4/3/1944. La fotografía de 1967 es vertical, escala 1:2. y corresponde al 26/3/1966. Al igual que en el caso anterior la fotografía pertenece al Servicio Geográfico Militar. La fotografía de 1998 es vertical, escala 1:25., fue tomada en el mes de diciembre por un vuelo de la Fuerza Aérea contratado por PROBIDES (Fig. 4). Las fotografías de 1967 y 1998 pudieron ser georeferenciadas, no así la de 1944 por tratarse de una fotografía oblicua. La digitalización y georeferenciación se realizó con el módulo Image Analysis, considerando las coordenadas de la Carta Geográfica San Carlos-Punta del Este del Servicio Geográfico Militar de Las áreas de cada una de las unidades identificadas en las fotografías de 1967 y 1998 se estimaron a través del módulo Polygeom. 11

13 4.2 Vegetación acuática Las plantas acuáticas de la Laguna Blanca fueron colectadas, identificadas a nivel específico y depositadas en el herbario de la Facultad de Química, gracias a la generosa colaboración del Lic. Eduardo Alonso-Paz. En el caso de la vegetación sumergida, se determinó su biomasa bimensualmente durante el invierno y mensualmente en el resto de las estaciones del año. Las muestras fueron colectadas mediante buceo, utilizando un dispositivo especialmente diseñado para el tipo de vegetación presente en este sistema (Fig. 7). El muestreo se efectuó en 16 estaciones ubicadas en cuatro transectos paralelos (Fig. 7), y se determinó el peso fresco y el peso seco de la vegetación luego de secado durante 48 horas a 7 C. En marzo- 21 se determinó el volumen de la laguna ocupado por la vegetación sumergida, o PVI (per cent volume infested, Canfield et al. 1984). El PVI fue estimado como el producto del porcentaje de cobertura de la vegetación por la altura de la planta, dividido por la profundidad de la columna de agua. Se promediaron 19 puntos a lo largo de nueve transectas en toda la laguna. Por último, se cuantificó el contenido de nutrientes en los tejidos de las plantas sumergidas, mediante digestión ácida para fósforo y el método Kjeldhal para el nitrógeno. 4.3 Características fisicoquímicas del agua y sedimento Entre abril-2 y marzo-21 se llevaron a cabo nueve muestreos en dos estaciones denominadas SP y CP (Fig. 7). La primera correspondió a la parte más profunda de la laguna que está actualmente desprovista de E. densa y la segunda a uno de los compartimentos con mayor biomasa de esta hidrófita. Temperatura (T), concentración de oxígeno disuelto (O 2 ), conductividad (k), ph, transparencia y penetración de la luz en la columna de agua se registraron in situ, y se colectaron muestras de agua en superficie y fondo en cada estación mediante bomba de succión. La constante de atenuación de la luz (K D ) en profundidad se determinó a partir del gradiente de la radiación fotosintéticamente activa (PAR). Los análisis realizado fueron los siguientes: alcalinidad (ALC) y material en suspensión (SST), APHA (1985); fósforo reactivo soluble (FRS), Murphy & Riley (1962); fósforo total (FT) y nitrógeno total (NT), Valderrama (1981); nitrato (NO 3 - ), Müller & Widerman (1955); amonio (NH 4 + ), Koroleff (197); silicato (SiO 2 ), Müllin & Riley (1955); clorofila (Cl-a), Nusch (198). En las dos estaciones se colectaron mensualmente (excepto en invierno) muestras de sedimentos, con Kajak-corer de 6 cm de diámetro. El contenido de materia orgánica fue determinado por gravimetría (Hakanson & Jansson 1983) y su contenido de fósforo y nitrógeno total de acuerdo a Valderrama (1981). Todos los análisis fueron realizados por triplicado. La concentración de sustancias húmicas en suspensión y en el agua intersticial de los sedimentos superficiales se estimó como fluorescencia de CDOM (materia orgánica disuelta coloreada). Las muestras para fluorescencia fueron filtradas (filtros GF/C prequemados) y su espectro de emisión con una excitación a 355 nm fue registrado a temperatura ambiente. La emisión a 45 nm fue normalizada con la integración del área de la señal Raman del agua MilliQ, para obtener la fluorescencia en unidades Raman nm -1. Las muestras de sedimento fueron concentradas por centrifugación previamente a su filtrado. La carga de nutrientes asociada a cada compartimento, sedimentos, agua y E. densa, se estableció determinando la carga presente en volúmenes pre-establecidos. En el caso de los sedimentos se consideró un volumen de 1m 2 por 1cm de profundidad, 12

14 para el agua uno de 1m 2 por la profundidad de la columna de agua, y para la vegetación se consideró la carga asociada a la biomasa media por m 2 en cada muestreo. La determinación del estado trófico se realizó con base a dos métodos, Salas & Martino (199) y Canfield et al. (1983). Esta última, además de considerar la concentración de nutrientes en la columna de agua, contempla la carga asociada a la vegetación acuática (en este caso E. densa). N SP CP Fig. 7. Distribución espacial de las estaciones de muestreo y metodología empleada en la estimación de la biomasa de Egeria densa. CP= estación con plantas, SP= estación sin plantas. 4.4 Estructura de las comunidades planctónicas Las muestras cualitativas de fitoplancton fueron tomadas con botella y con red (tamaño de poro 25µm) y mantenidas frescas y preservadas en formol neutralizado al 4% hasta su identificación. Las muestras cuantitativas integradas de fitoplancton fueron colectadas con una botella Ruttner en las estaciones con y sin plantas, preservadas en yoduro de lugol y contadas en una cámara Sedwick-Rafter de 1ml en microscopio invertido a 4X (Guillard, 1978). Las poblaciones fueron enumeradas en campos al azar. La abundancia del fitoplancton fue expresada en células/ml y el biovolumen fue estimado de acuerdo con Hillebrand et al. (1999). Las especies y su 13

15 abundancia relativa en biovolumen se agruparon en categorías taxonómicas (Van der Hoek et al. 1997). Asimismo, las especies con una abundancia relativa mayor al 5% del biovolumen total fueron agrupadas en asociaciones (AS) (Reynolds 1997; Padisak & Reynolds 1998), de acuerdo con sus características morfológicas y ecológicas. Las muestras de zooplancton para análisis cualitativo fueron colectadas con una red de 69 µm de tamaño de poro. Para el análisis cuantitativo se filtraron 2 litros de agua a través de una malla de 5 µm. Las muestras se tomaron en tres profundidades: superficie, medio y fondo de la columna, con una bomba de succión y por triplicado. Las muestras se fijaron con formaldehído al 4% de concentración final. El conteo se realizó en cámaras Sedwick-Rafter de 2 y 5 ml bajo microscopio óptico a 1 y 2X, siguiendo la metodología de Paggi & De Paggi (1974). La abundancia fue expresada como individuos/l y las especies se agruparon para su análisis en rotíferos, copépodos cyclopoides, copépodos calanoides, nauplios y cladóceros. 4.5 Estructura de las comunidades nectónicas Se realizaron muestreos estacionales nocturnos mediante la técnica de pesca puntual eléctrica (Perrow et al. 1996). Los puntos se ubicaron en transectos dispuestos en la zona litoral y pelágica. En cada zona se efectuaron 4 pulsos por muestreo, con excepción del invierno donde el número de pulsos fue de 43 para la zona litoral y 22 para la zona sin plantas. Los individuos fueron fijados en formol al 1% inmediatamente después de colectados. Posteriormente fueron identificados taxonómicamente, medidos y pesados. Los cálculos de biomasa y abundancia por unidad de área consideraron los criterios de Bohlin et al. (199). En primavera y verano se realizaron además muestreos con redes de enmalle de 2.5, 3.5, 5.5 y 6.5 cm de apertura de malla. Las mismas se calaron perpendicularmente a la línea de costa durante 12 horas. En el mes de marzo de 21 se realizó un muestreo cualitativo con pesca eléctrica en la Laguna Escondida, situada en las cercanías de Laguna Blanca, con fines comparativos. 4.6 Análisis de datos Para estudiar las diferencias en el tiempo, entre las dos estaciones de muestreo y en la profundidad, se realizaron análisis de varianza (ANOVA) de dos y tres vías con efectos fijos, respectivamente. Los datos fueron normalizados en los casos necesarios (log x +1), las comparaciones post hoc se realizaron con la prueba de Tukey y se verificó la homogeneidad de las varianzas mediante las pruebas univariadas de Cochran, Hartley y Bartlett. Se realizaron correlaciones múltiples (R 2 ), simples (r) y no paramétricas (Spearman, rs) A efectos de identificar los principales patrones espaciales y temporales registrados, así como los factores más importantes que los determinaron, se utilizaron análisis de ordenación de componentes principales (PCA) mediante el software CANOCO 4. (ter Braak & Smilauer 1988). Por último, a efectos de corroborar las hipótesis de trabajo sobre las relaciones entre las variables ambientales y biológicas se realizaron análisis canónico de correspondencia (CCA). La significancia estadística de las variables ambientales fue analizada usando simulaciones de Monte Carlo con 199 permutaciones irrestrictas. 14

16 5. RESULTADOS 5.1 Evolución de la Laguna Blanca Información paleolimnológica La edad del corer testigo corresponde al año 981 ± 6 DC (después de Cristo) en la profundidad de los cm, a 199 ± 6 AC (antes de Cristo) en la profundidad de los cm y 179 ± 75 AC en la profundidad de los cm. La distribución vertical de materia orgánica, carbonato, nitrógeno, fósforo y pigmentos se indica en la Fig. 8. El contenido de pigmentos, materia orgánica y carbonatos fue bajo para la sección de los cm, que representaría el origen del cuerpo de agua (ca 6 años antes del presente), cuando el nivel del mar estaba alrededor de 5m sobre el actual (Martin & Suguio 1992). El modelo regional de variaciones del nivel del mar corresponde al sur de Brasil, pero ha sido validado para la costa sudeste del Uruguay (García-Rodríguez et al. 21 a, b). El cuerpo de agua en esta época correspondió a un escenario salobre/marino con una escasa biomasa de productores primarios. El intervalo cm, representa la primera submergencia del Holoceno, y coincide con el aumento del contenido de fósforo, nitrógeno, materia orgánica y pigmentos (Fig. 8). Esta submergencia corresponde a un periodo de ca. 3 años en el cual el nivel del mar se ubicó aproximadamente.7 m por debajo del nivel actual (Lessa et al. 2). Posteriormente se produjo un nuevo aumento del nivel del mar (Martin & Suguio 1992, Lessa et al. 2) donde existió una alta dinámica de procesos costeros (44-33 cm). Esta dinámica se corresponde con la alta variabilidad del contenido de carbonatos, pigmentos y nutrientes. Al final de este período continuó una alta variabilidad del contenido de materia orgánica, nutrientes y pigmentos, pero con una disminución del contenido de carbonato lo cual indicaría el final de la segunda transgresión del Holoceno. A partir de este momento se origina el cuerpo de agua tal como actualmente lo conocemos. Este proceso coincidió con la formación del cordón dunar ya que no existieron registros de la tercera transgresión del Holoceno (ca. 5 AC). Por lo tanto, durante los últimos 25 años la laguna exhibió características dulceacuícolas, con un mayor contenido de materia orgánica y nutrientes, y una menor concentración de carbonatos. Hacia los 117 cm, se observaron cambios significativos en las características paleolimnológicas del cuerpo de agua, con una disminución del contenido de nutrientes y materia orgánica (Fig. 8). La datación por 21 Pb reveló que los sedimentos ubicados a los 11 cm de profundidad corresponden al año En este período las velocidades de sedimentación aumentaron significativamente (Fig. 9), disminuyendo luego de 1965 (alrededor de 25cm). A partir de este año se registró un aumento en el contenido de materia orgánica, nutrientes y pigmentos, indicando un proceso reciente de eutrofización. 15

17 PIGMENTOS (mg/ gpf) MATERIA ORGANICA (%) CARBONATO (%) NITROGENO (mg/gps) FOSFORO (mg/gps) Fig. 8. Distribución vertical del contenido de materia orgánica, carbonatos, nutrientes y pigmentos en el sedimento. PROFUNDIDAD (cm) 16

18 CORER LBL1 ACTIVIDAD DEL 21Pb (Bq/kg) TASA DE SEDIMENTACION (mm/año) Cronología de los impactos humanos más importantes I II III : Producción de agua potable : Construcción de la infraestructura necesaria para el suministro de agua potable : Dunas forestadas con Pinus pinaster. IV AÑOS DC V PROFUNDIDAD (cm) 195 Explotación ganadera, importante erosión del suelo. Comienzo de la forestación VI : Primer registro en fotografías aéreas de cárcavas de erosión. VII I II Arcilla arenosa negra Arcilla arenosa marrón Prof. (Cm) 5-1 φ-4 (%) 19 φ-5 (%) 38 φ-6 (%) 42 Impactos humanos previos no conocidos cm C años DC III IV Arcilla arenosa negra Arcilla arenosa marrón PROFUNDIDAD (cm) V VI Arcilla arenosa marrón Sedimento laminado Arcilla arenosa gris Sedimento laminado VII Arcilla arenosa negra Fig. 9. Variación de la actividad del 21 Pb, de la tasa de sedimentación y del tipo de sedimento en función de la profundidad del corer y del tiempo. Esquema con las principales actividades humanas. 17

19 5.1.2 Cambios recientes en la cuenca y la laguna La secuencia de fotografías aéreas analizada permite identificar la progresiva intervención humana que sufrió la cuenca de drenaje (Fig. 4). En el período de 1944 a 1966 se constatan extensas cárcavas de erosión dispersas en toda la cuenca, y la progresiva forestación de las dunas con Pinus pinaster, con la consecuente fijación del sistema de dunas móviles. Asimismo, en este período se realizan los principales fraccionamientos de terreno, registrándose el avance en infraestructura de caminos y construcción de casas. Las cárcavas parecen haber estado activas durante las primeras décadas del siglo pasado, hasta probablemente fines de los 8. En las fotografías de 1998 ya aparecen forestadas, siendo ésta una práctica común para frenar la erosión. En un primer análisis se consideró la posibilidad de que dichas cárcavas correspondieran a canteras, sin embargo no existen registros de extracción en DINAMIGE ni en el Ministerio de Transporte y Obras Públicas. Desde 1966 a 1998 se observa un cambio en el uso de la tierra, el propósito ganadero de los terrenos es prácticamente sustituido por actividades turísticas y recreacionales, manteniéndose algunos campos con ganadería extensiva. Con relación a la laguna, en la fotografía de 1966 se reconocen tres zonas (Fig. 4): el margen del agua en 1944, el nivel de agua en el momento de la toma de la fotografía y límite de las zonas donde se establecía la vegetación emergente. En la fotografía de 1998 se observan estos tres límites más el contorno de la zona de distribución de la vegetación sumergida. Desde 1997 a 1998 se observa una clara disminución del área de la laguna (ca. 3%). La zona NE de la laguna sufrió un intenso proceso de colmatación convirtiéndose en un bañado. Este proceso ya se evidenciaba en 1967, pero en la fotografía de 1998 y en la actualidad se observa en su máxima expresión. Por otra parte, en la fotografía de 1998 se observa el establecimiento de la vegetación sumergida (compuesta principalmente por E. densa) ocupando un área equivalente a 12 há (ca. 31% del área de la laguna). En el otoño del año 2 se observó a E. densa llegando hasta la superficie del agua y ocupando una superficie estimada de 2/3 del espejo del agua. Esta vegetación no se observa en las fotografías anteriores, aunque pueden encontrarse algunos parches pequeños en la laguna, los que podrían considerarse vegetación sumergida. 5.2 Distribución, biomasa y contenido de nutrientes de Egeria densa La biomasa de E. densa no presentó un patrón temporal evidente (Fig. 1), el promedio correspondió a gps/m 2, mientras que los mínimos y máximos de biomasa fueron 71.9 y gps/m 2, en marzo-21 y setiembre-2 respectivamente. No existieron diferencias significativas entre los muestreos, salvo en aquellos correspondientes a los valores mínimos y máximos mencionados (F=2.51, p<.5). La distribución espacial de la biomasa fue generalmente heterogénea, existiendo dos zonas de acumulación de biomasa (Fig. 11). En los muestreos de julio, setiembre y marzo la distribución espacial fue claramente heterogénea. La estimación de cobertura a partir del estudio del PVI indicó que E. densa cubrió el 45% de la superficie del espejo de agua, unas 12.7 há. (Fig. 12). La longitud media 18

20 de las plantas fue 1.54m, aunque el 1% superó los 2m de longitud, y el máximo registrado en un solo individuo fue 2.7 m. En marzo del 21 esta especie ocupaba un PVI equivalente al %. Las plantas presentaron una menor longitud a medida que la profundidad de la columna de agua aumenta (rs=-.33, p<.1). BIOMASA gps/m MAY JUL SET NOV DIC ENE FEB MAY Fig. 1. Variación temporal de la biomasa de E. densa. Los valores incluyen la media para todo el sistema (±1 Error estándar). El contenido de nitrógeno de la biomasa de E.densa representó en promedio el 3.55% del peso seco, mientras que el fósforo el.22%. El contenido de los nutrientes en la biomasa presentó importantes variaciones temporales (Fig. 13). El porcentaje de fósforo registró tres máximos, en julio, noviembre y enero, y una tendencia general a disminuir en el tiempo. Los meses de menor porcentaje de fósforo en la biomasa coincidieron con los máximos de biomasa registrada (setiembre y diciembre de 2). Las variaciones temporales del contenido de nitrógeno y fósforo en la biomasa vegetal estuvieron correlacionadas (rs=.78, p<.5). 5.3 Características fisicoquímicas del agua y sedimento Agua Los valores extremos de temperatura registrados en este sistema (Tabla I), así como el promedio anual de este parámetro, permite clasificarlo como cálido tropical, de acuerdo a Salas & Martino (199). La laguna presentó generalmente condiciones de mezcla durante todos los muestreos (polimixis). La transparencia del agua fue generalmente mayor a 1 metro (Tabla I), registrándose los valores mayores y menores en invierno y verano, respectivamente. El coeficiente de atenuación de la luz (Kd) estuvo relacionado directamente con el contenido del material en suspensión, biomasa algal e indirectamente con la abundancia del zooplancton (ZT) (y=1.14* SST+.514*Cl-a-.92*ZT, R 2 =.79, p<.5). La coloración marrón-amarilla del agua se debió a su contenido moderado a elevado de CDOM (principalmente sustancias húmicas) (promedio anual.42 nm -1 ). La coloración marrón-amarilla del agua se debió a su contenido moderado a elevado de CDOM (principalmente sustancias húmicas) (promedio anual.42 nm -1 ). 19

21 2 N MAYO JULIO SETIEMBRE NOVIEMBRE BIOMASA DE E. densa (gps/m ) DICIEMBRE ENERO FEBRERO PLANTA DE BOMBEO MARZO Fig. 11. Distribución espacial de la biomasa de Egeria densa en cada uno de los muestreos realizados. 2

22 Fig. 12. Patrón espacial del volumen de la columna de agua ocupado por E. densa. PVI -2% 2-4% 4-6% 6-8% 8-1% 1% Las concentraciones de CDOM fueron máximas en invierno (julio) y gradualmente disminuyeron hacia el verano (Fig. 14). El perfil del espectro de emisión de la CDOM se mantuvo en todo el período de estudio, registrándose una disminución importante de la concentración hacia el final (F=199.3, p<.1). Los máximos valores en el espectro de emisión fueron registrados para bajas longitudes de onda (Fig. 15), entre 4 y 47 nm, lo que corresponde, de acuerdo a Larson & Rockwell (198) y Senesi et al. (1989) a sustancias húmicas originadas en el propio medio acuático. Solamente en los muestreos de abril y enero se registraron diferencias significativas entre superficie y fondo, siendo mayores en fondo. En noviembre y marzo se observaron diferencias significativas entre las estaciones con mayores valores de CDOM en la estación con plantas. El contenido de CDOM estuvo directamente correlacionado con el ph (R 2 =.5, p<.5) e inversamente con la clorofila y el coeficiente de extinción de la luz (R 2 =-.49, p<.5, r=-.57, p<.5, respectivamente). El ph fue neutro a levemente básico, y los mayores valores se observaron en los meses más cálidos (Tabla I). Los valores de conductividad y alcalinidad indican una reserva alcalina moderada, ambos párametros presentaron una clara variación temporal asociada a los cambios del nivel del agua de la laguna (Fig. 16). La columna de agua presentó valores de oxígeno disuelto cercanos a la saturación durante otoño, invierno y primavera, y sobresaturación en el verano, mientras que los de fondo generalmente fueron mayores al 5%. En general, los perfiles de oxígeno fueron NITROGENO (mg/m 2 ) % NITROGENO BIOMASA gps/m 2 NITROGENO FOSFORO MAY JUL SET NOV DIC ENE FEB MAY Fig. 13. Contenido de nutrientes en la biomasa de E. densa expresado en porcentaje y por unidad de superficie.,5,4,3,2, % FOSFORO FOSFORO (mg/m 2 ) 21

23 ortógrados en la zona libre de plantas y clinógrados en la estación con plantas. No obstante, no se encontraron diferencias importantes entre superficie y fondo, a excepción de marzo (muestreo piloto) y abril-2 (Fig. 17), cuando se registró un importante déficit de oxígeno en el fondo. Tabla I. Rangos y promedios de los principales parámetros fisicoquímicos estudiados. nd= no detectable. Secchi T O 2 K ph SST MO NT FRS FT SiO 2 Cl-a (m) ºC mg/l µs/cm mg/l % µg/l mg/l µg/l µg/l mg/l µg/l Min < nd. Máx Media < La concentración de nitrógeno total fue baja a moderada, siendo las formas predominantes el nitrato o el amonio dependiendo del nivel del agua (Fig. 18, Tabla I). Los máximos valores de nitrógeno total fueron registrados en el verano. La concentración de fósforo total fue en general baja, excepto en el verano del 21 (Fig. 18, Tabla I). La concentración de FRS fue también baja la mayor parte del tiempo, siendo prácticamente indetectable a partir de setiembre (Fig. 18). La relación de NT/PT indicaría que el fósforo es el nutriente limitante de la productividad durante casi todo el período, excepto en febrero cuando esta relación cambia. Según el modelo de Salas & Martino (199), de acuerdo con los valores de nutrientes, clorofila a y transparencia el sistema se clasifica como meso-eutrófico (Tabla II), sin embargo, si se considera el contenido de nutrientes en las macrófitas el sistema corresponde a eutrófico-hipereutrófico (aproximación de Canfield et al. 1983). NO 3 - SUSTANCIAS HUMICAS (CDOM, nm -1 ) 3, 2,5 2, 1,5 1, Con plantas superficie Con plantas fondo Sin plantas superficie Sin plantas fondo,5, ABR JUL SET NOV DIC ENE FEB MAR Fig. 14. Variación temporal y espacial de la concentración de sustancias húmicas cuantificada como CDOM. 22

24 INTENSIDAD DE FLUORESCENCIA FONDO SUPERFICIE CON PLANTAS SIN PLANTAS ESPECTRO DE EMISION Jul Set Nov y dic Ene sed Ene Feb y mar LONGITUD DE ONDA (nm) Los valores de hierro, cloruros, sulfato, manganeso y aluminio se correspondieron con los rangos encontrados en estudios anteriores, siendo además normales para aguas naturales. El aluminio presentó sus mayores concentraciones inmediatamente después de las precipitaciones de otoño (Fig. 19). El hierro, manganeso y sulfato contaron con un patrón temporal similar siendo sus máximos en enero (Fig. 19). Fig. 15. Espectro de emisión de CDOM en agua durante el período de muestreo (excitación a 355nm). En el análisis de ordenación se indican, de forma simplificada, los principales factores que controlan los patrones temporales y espaciales en este sistema (Fig. 2). El conjunto de muestras conforma tres grandes grupos, no observándose mayores diferencias entre las estaciones con y sin plantas. El grupo 1 contiene los muestreos de otoño del 2, período de menor nivel de agua, donde se registraron los mayores valores de conductividad, alcalinidad, amonio y fosfato. El invierno y la primavera conforman un grupo donde las muestras contaron con los mayores valores de nitratos y CDOM. Por último, el período de verano se destacó por el aumento de las fracciones totales de nutrientes, biomasa algal, material en suspensión y el contenido de materia orgánica, hierro, manganeso, sulfato y silicato ALCALINIDAD (mg CaCO 3 /L) CONDUCTIVIDAD (µs cm -1 ) Zmax (m) 4 2 ABR MAY JUL SET NOV DIC ENE FEB MAR 2 Fig.16. Variación temporal del nivel del agua (expresado como profundidad máxima) y los cambios asociados en la conductividad y la alcalinidad. 23