ESTIMACION DE LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN UN ECOSISTEMA ACUÁTICO

Por: Paula Spiniello

INTRODUCCION

En los ecosistemas acuáticos, el fitoplancton constituye el grupo de organismos autótrofos más relevante en virtud de su variedad, su abundancia y sus altas tasas de recambio, y como tal, contribuyen sustancialmente a la productividad primaria y conforman la base energética de las tramas tróficas acuáticas, particularmente en los océanos.

Los sistemas acuáticos están influenciados por entradas de afluentes fluviales, por corrientes marinas, o por ambos. Esto genera diferencias locales y/o temporales en ciertos parámetros físicos y químicos que repercuten sobre la estructura de la comunidad fitoplanctónica y en consecuencia sobre la productividad primaria del sistema. Así entonces, existen un conjunto de factores tanto bióticos como abióticos que limitan o regulan la productividad primaria fitoplanctónica provocando variaciones temporales y espaciales (horizontales y verticales) en su magnitud. Entre estos factores se encuentran la luz, los nutrientes, los procesos físicos de transporte de masas de agua y la herbivoría.

La luz es un requisito indispensable para la productividad primaria, y en general, para la vida sobre la tierra, proporcionando la energía necesaria para el proceso fotosintético. Sin embargo, no todo el espectro electromagnético es requerido para llevar a cabo la fotosíntesis, ya que los pigmentos fotosintéticos (clorofilas y pigmentos accesorios) captan luz en un intervalo de longitudes de onda comprendido entre los 430 nm. y los 700 nm., el cual se conoce como Radiación Fotosintéticamente Activa ó RFA. Así entonces, la luz como factor modulador del proceso fotosintético, y por ende de la productividad primaria, debe ser evaluada no solo en términos de su cantidad o intensidad, sino tamben en términos de su calidad.

La relación entre la tasa de fotosíntesis fitoplanctónica y la intensidad de luz puede ser observada a través de la curva fotosíntesis-irradianza (fig. 1). La respuesta fotosintética a un incremento en la irradianza es aproximadamente lineal, sin embargo, ésta comienza a disminuir a niveles elevados de luz hasta que eventualmente se alcanza un punto luego del cual, un incremento en la intensidad de luz no promueve un aumento en la tasa de fotosíntesis. Este punto se conoce como la tasa máxima de fotosíntesis (Fmax) y se alcanza a una intensidad de luz que se conoce como intensidad de saturación (Is).

Si la intensidad de luz continúa aumentando, la tasa de fotosíntesis disminuye a consecuencia de la fotoinhibición, esto es, la destrucción fotoquímica de los pigmentos. En los sistemas acuáticos la intensidad de luz disminuye exponencialmente con la profundidad, por lo tanto se espera que en la superficie del agua la productividad primaria sea baja a consecuencia de la fotoinhibición, y que aumente progresivamente hasta alcanzar su valor máximo (Pmax), para luego disminuir hasta una profundidad en la cual la fijación fotosintética de carbono se hace igual su pérdida de carbono por respiración y en consecuencia la productividad primaria neta es igual a cero (fig. 2). Este punto se conoce como punto o profundidad de compensación (Ic) y puede

estimarse de forma aproximada como la profundidad a la cual la RFA es igual al 1% de su valor en la superficie o a la profundidad que corresponde a 2,7 veces la lectura del Disco de Secchi.

La estimación de la profundidad de compensación es un procedimiento muy importante para los estudios de la ecología acuática, ya que este punto marca el límite inferior de la zona fótica dentro de la cual ocurre una porción considerable de los procesos de transferencia de energía en estos ecosistemas.

Las técnicas para la estimación de la porductividad primaria fitoplanctónica están basadas en la estequiometría de la reacción resumida del proceso fotosintético:

6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Así entonces la productividad primaria puede ser estimada a través de la tasa de utilización de CO2, la tasa de producción de O2, o los cambios en la concentración de materia orgánica.

Los métodos mas ampliamente utilizados en la evaluación de la productividad primaria fitoplanctónica incluyen el de la incorporación de carbono radioactivo (C14) y el de producción de O2 o método de la evolución de oxígeno disuelto. Ambas técnicas contemplan el aislamiento de la comunidad fitoplanctónica en contenedores especiales. Los cambios en la concentración de oxígeno disuelto o la tasa de incorporación del carbono radioactivo pueden ser estimados luego que las muestras aisladas han sido incubadas in situ y a la misma profundidad a la cual fueron colectadas. Dado que el metabolismo del fitoplancton es altamente reactivo a cambios en las condiciones ambientales, resulta ventajoso realizar las mediciones del metabolismo fotosintético bajo condiciones naturales. Es por ello que el objetivo del método es modificar lo menos posible el ambiente al cual naturalmente está expuesta la comunidad fitoplanctónica durante el periodo de ensayo (incubación) de la muestra.

OBJETIVOS

Los objetivos de la presente práctica son los siguientes:

1. Estimar la productividad primaria fitoplanctónica de un cuerpo de agua por medio de la técnica de la evolución de oxígeno

2. Estimar la profundidad de compensación realizando un perfil vertical de la productividad primaria fitoplanctónca

3. Evaluar la efectividad de las mediciones de la RFA vertical y del Disco de Secchi para la estimación del punto de compensación.

METODOLOGÍA

La estimación de la productividad primaria se llevará a cabo por el método de la evolución del oxígeno y de la técnica de Winkler para estimar la concentración de oxígeno disuelto (ver apéndice).

Las muestras se colectarán a distintas profundidades haciendo uso de una botella de captación de tipo Van Dorn. Es importante que la botella sea opaca ya que se debe tratar la manipular las muestras en ausencia de luz. Asimismo la botella debe ser no metálica ya que en estas puede ocurrir la disolución de iones los cuales se transfieren a las muestras y pueden afectar significativamente la tasa de fotosíntesis.

Las muestras de agua así colectada se colocarán en botellas de DBO debidamente rotuladas. Para cada profundidad se llenarán 5 botellas DBO (3 botellas claras y 2 botellas oscuras). Una de las botellas claras será utilizada para la estimación de la concentración de oxígeno disuelto INICIAL y por lo tanto, una vez llenada, se fijará de inmediato con los reactivos Winkler correspondientes.

El procedimiento para llenar las botellas DBO debe llevarse a cabo cuidadosamente y lo mas rápido posible. Para ello se colocará el tubo de la botella de captación en el fondo de la botella DBO permitiendo que el agua fluya en forma continua y por un periodo de tiempo igual o superior a 3 veces el tiempo que toma llenar el volumen de la misma, ello con el objeto de eliminar o reducir de forma significativa las burbujas de aire que puedan quedar en la botella y que provocan una sobreestimación de la concentración de oxígeno disuelto en la misma. Luego, las botellas se taparán y se guardarán en una caja oscura hasta que todas las botellas DBO hayan sido llenadas.

Cada grupo de botellas a incubar (2 claras y 2 oscuras para cada profundidad) se colocarán en soportes especiales y se sumergirán a la profundidad a la cual la muestra ha sido colectada. El tiempo de permanencia de las botellas en el agua (tiempo de incubación), el cual será indicado por el profesor, comienza desde el mismo momento que el grupo de botellas ha sido sumergido y debe ser registrado con una precisión de minutos. Es importante resaltar que las tasas de fotosíntesis y de respiración fluctúan a lo largo del día. Se ha observado con bastante frecuencia que las tasas de fotosíntesis neta son mayores a primeras horas de la mañana y disminuyen marcadamente hacia finales de la tarde, por lo tanto las incubaciones deben realizarse en el periodo de tiempo comprendido entre media mañana (10:00 a.m.) a media tarde (2:00 p.m.), para poder así compensar estas variaciones y obtener un valor promedio.

Al finalizar el tiempo de incubación, las botellas se extraerán del agua y se fijarán de inmediato con los reactivos Winkler correspondientes.

La estimación del perfil vertical de la productividad primaria se llevará a cabo incubando dos grupos de botellas (2 réplicas) en las siguientes profundidades: superficie, 1Se, 2Se y 3 Se, donde Se representa la profundidad del Disco de Secchi. La muestras de agua serán colectada desde la superficie con el fin de perturbar lo menos posible la columna de agua.

Simultáneo a la toma de muestras para la estimación de la productividad primaria, se determinarán los siguientes parámetros:

− Profundidad de la estación

− Transparencia del agua con el Disco de Secchi

− Temperatura del aire y del agua. Respecto a la temperatura del agua se debe realizar un perfil vertical de este parámetro con mediciones cada 0,5 metros de profundidad, esto con la finalidad de detectar si ocurre una estratificación térmica de la columna de agua.

− Radiación (RFA) en la superficie del agua y a las profundidades de incubación. − Profundidad a la cual la RFA es igual al 1% de la RFA superficial

− Salinidad (o conductividad si la salinidad es inferior a 5 0 /00) − Condiciones del estado del tiempo (soleado, nublado, lluvioso)

− Concentración de clorofila a para cada profundidad de incubación. Para ello se colectará una muestra de 100 cc en cada profundidad la cual será filtrada a través de un filtro de fibra de vidrio Whatman GF/C o GF/F Una vez filtrada la muestra, el filtro se dobla, se envuelve en papel de aluminio, se rotula y se guarda en frió y oscuridad hasta su posterior análisis en el laboratorio. Es importante resaltar que este procedimiento debe realizarse lo mas rápido posible y en condiciones de muy baja iluminación (preferiblemente en oscuridad).

CALCULOS

Al culminar la incubación se espera que la concentración de oxígeno disuelto en las botellas oscuras (OBO) sea inferior a la concentración de oxígeno disuelto en la botella inicial (OBI) debido al consumo de oxígeno durante la respiración el cual teóricamente ocurre solo en la botella oscura. También se espera que la concentración de oxígeno disuelto en la botella clara (OBC) sea superior a la concentración de oxígeno disuelto en la botella inicial (OBI) debido a la producción fotosintética neta de oxígeno. Así entonces podemos expresar la productividad primaria fitoplanctónica y la tasa de respiración a través de las siguientes ecuaciones:

Productividad Primaria Neta (PPN) (mg C/m3/h) = [ (OBC – OBI) x 1000 x 0,375 ] / T Respiración (R) (mgC/m3/h) = [ (OBI – OBO) x 1000 x 0,375 ] / T

Productividad Primaria Bruta (PPB) = PPN + R, entonces:

Productividad Primaria Bruta (PPB)(mg C/m3/h) = [ (OBC – OBO) x 1000 x 0,375 ] / T Donde:

1000 = valor de transformación de litros a m3 T = Tiempo de incubación en horas

0,375 = Cociente entre los átomos de Carbono (12) y los de oxígeno (32), y por lo tanto permite convertir la masa de Oxígeno en masa de Carbono.