Caracterización de las condiciones de base en arroyos pampeanos poco disturbados en base a la estructura y el funcionamiento de las comunidades algales a lo largo de un gradiente latitudinal

Abstract

Los ríos y arroyos son ecosistemas de importancia vital ya que intervienen en el ciclo del agua, de los nutrientes, y en los intercambios de materia y energía con el medio terrestre circundante. El hombre se beneficia de los recursos que éstos brindan logrando un desarrollo económico y social, por lo cual su conservación es un requisito para el desarrollo sostenible. En la actualidad, la conservación de los ecosistemas fluviales atraviesa grandes desafíos relacionados con lograr el uso racional de los recursos, y a su vez la preservación del ambiente y de la biodiversidad asociada. La condición menos disturbada (Least Disturbed Condition) define el estado ecológico de los sitios de arroyos que exhiben los menores signos de actividad humana. Estos sitios se caracterizan por tener las mejores condiciones físicas, químicas y de hábitat biológico disponibles en el paisaje actual, por lo que representan las condiciones de base. Los arroyos de la región pampeana están sujetos a una creciente presión antrópica dada por los cambios en el uso del suelo. La expansión e intensificación de las actividades agrícolas y ganaderas provocan cambios físicos y químicos en los ecosistemas fluviales, afectando la calidad del agua y la biota. Por este motivo, es relevante hallar sitios de arroyos que presenten condiciones lo menos disturbadas posibles para describir su estructura y funcionamiento, con la finalidad de establecer condiciones de base que posibiliten evaluar posibles cambios ante nuevos disturbios y definir políticas de restauración, rehabilitación o gestión. Uno de los componentes más importantes de los arroyos pampeanos son los productores primarios, ya que constituyen la base de las redes tróficas pudiendo sostener a una gran biomasa de organismos. Gran parte de la producción primaria proviene de las comunidades algales adheridas, las cuales se desarrollan sobre los sustratos disponibles, como los sedimentos del lecho y las macrófitas. En la región pampeana existe un gradiente de disminución de la temperatura y la radiación solar en sentido Norte-Sur. La variación en estos parámetros es importante, pudiendo ser determinante de la estructura y el funcionamiento de las comunidades algales adheridas en sitios de arroyos con bajo nivel de disturbio antrópico. El objetivo general de la presente tesis fue analizar la estructura y el funcionamiento de las comunidades algales (epifiton, fitobentos y biofilm desarrollado sobre sustratos artificiales) a lo largo de un gradiente latitudinal en arroyos con el menor grado de disturbio posible para caracterizar las condiciones de base en arroyos pampeanos. Para esto se realizaron dos muestreos, uno en invierno de 2017 y otro en verano de 2018 en 18 tramos de arroyos pertenecientes a distintas cuencas hidrográficas y distribuidos en la región pampeana. Luego, en el verano de 2019 se seleccionaron 8 de estos tramos y se incorporó uno nuevo para la realización de un experimento de colonización del biofilm in situ. La selección de los tramos constó de dos etapas: la primera consistió en el uso de mapas de uso del suelo y cartas topográficas, y la segunda en corroborar in situ la adecuación de los tramos preseleccionados a una serie de criterios morfológicos, hidrológicos y de uso del suelo, con el fin de seleccionar sólo aquellos que presentaban una condición lo menos disturbada posible en la región. En cada ocasión de muestreo se tomaron muestras por triplicado de epifiton y por quintuplicado de fitobentos. Se realizó una caracterización ambiental, se determinaron in situ variables físico-químicas del agua, la irradiancia en el agua y se tomaron muestras por triplicado para la determinación de nutrientes y sólidos totales en suspensión. Además, se consideraron los parámetros temperatura del aire e irradiancia superficial, estimados como el valor promedio de 60 días previos a los muestreos obtenidos del Atmospheric Science Data Center (NASA) para cada sitio. Para analizar la estructura de las comunidades se adoptaron diferentes enfoques: el tradicional basado en la composición taxonómica, y otro enfoque ecológico basado en los rasgos morfológico-funcionales de los taxa. Este último permite sintetizar la diversidad funcional de las comunidades o de determinados grupos algales como las diatomeas y relacionarla con los gradientes ambientales principales. El uso del suelo aledaño a escala de tramo fue determinado visualmente considerando un área buffer de al menos 10 m en cada margen y se constató que fuera de tipo extensivo (ganadería o pastizal natural). Sin embargo, al ampliar la escala espacial y analizar el uso del suelo a escala de arroyo se encontró que las principales actividades fueron el cultivo de herbáceas y la ganadería intensiva, dejando de manifiesto la presión antrópica a la que están sujetos estos ambientes. Las variables físico-químicas del agua fueron comparables a las registradas en trabajos previos realizados a escala de la región pampeana en arroyos poco perturbados, y acordes con las del sistema fluvial al que pertenece cada arroyo, indicando un estado eutrófico de los mismos. Si bien las concentraciones de nutrientes halladas fueron elevadas, son menores a las registradas en arroyos donde el uso del suelo aledaño es de tipo intensivo. Por este motivo, se considera que tanto los criterios empleados para la selección como los tramos de arroyos que efectivamente fueron seleccionados resultaron apropiados para cumplir con el objetivo de caracterizar sitios poco disturbados de la región pampeana en el estado actual del paisaje. En el invierno el epifiton de los arroyos estudiados desarrolló una menor biomasa y estuvo ampliamente representado por diatomeas. Esto podría relacionarse con la capacidad de este grupo de tolerar bajas intensidades lumínicas. Las combinaciones de rasgos morfológico-funcionales dominantes fueron formas unicelulares y filamentosas no adheridas, pero a diferencia del verano también aparecieron formas adheridas como dominantes en algunos arroyos. Esto, junto con la dominancia del gremio ecológico de diatomeas High Profile, podría indicar que las condiciones para el desarrollo son más estables durante esta estación. La comunidad fue autotrófica en ambas estaciones. En el verano se incrementó la biomasa y también el número de tramos de arroyos dominados por cianobacterias. El principal gradiente ambiental al que respondió la estructura de la comunidad en invierno estuvo dado por variables asociadas al gradiente latitudinal, lo cual refleja una mayor influencia de los factores regionales sobre la misma. Mientras que, en el verano -donde se halló una menor relación entre la latitud y las variables ambientales asociadas al gradiente latitudinal- la estructura de la comunidad estuvo fuertemente influenciada por variables de escala local, como las asociadas con las características físico-químicas del agua y el caudal. El fitobentos se caracterizó por desarrollar una mayor biomasa en el verano. Pero a diferencia del epifiton, esta comunidad fue heterotrófica en ambas estaciones y estuvo principalmente dominada por cianobacterias. Las diatomeas tuvieron la mayor representación en cuanto al número de taxa. Este grupo es capaz de colonizar el sustrato y permanecer en la matriz de la comunidad conforme avanza la microsucesión dado que cuentan con numerosas estrategias para elevar su perfil y adquirir recursos. A diferencia del epifiton, el fitobentos fue mucho más homogéneo entre arroyos y estaciones en cuanto a la dominancia de los rasgos, exhibiendo una dominancia de formas filamentosas no adheridas y escasa representación de formas con algún mecanismo de adhesión al sustrato. Los gremios ecológicos estuvieron ampliamente dominados por el gremio Motile en ambas estaciones. Las diatomeas de este gremio, como por ej. las del género Nitzschia -abundantes en el fitobentos- se ven favorecidas por las elevadas concentraciones de nutrientes. El principal gradiente ambiental al que respondió la estructura de la comunidad estuvo definido por las variables asociadas al gradiente latitudinal de la región independientemente del enfoque empleado y del período de estudio, con la excepción del análisis basado en gremios ecológicos de invierno. Cabe destacar que otras variables de escala local asociadas con las características físico-químicas del agua fueron importantes estructuradoras de la comunidad y que el tipo de sustrato también fue un factor influyente en los análisis. Al analizar las posibles diferencias entre uso del suelo agrícola y uso ganadero en arroyos poco disturbados, se encontró que no se hallaron diferencias significativas en cuanto a sus características fisicoquímicas. Sin embargo, los indicadores estructurales del biofilm desarrollado sobre sustratos artificiales: clorofila a y peso seco libre de cenizas, y el indicador funcional: capacidad fotosintética máxima (Fv/Fm) fueron más sensibles que las variables físico-químicas y ambientales examinadas, reflejando diferencias significativas entre los usos del suelo aledaño estudiados. El biofilm se caracterizó por presentar una mayor biomasa en los tramos con uso del suelo correspondiente a pastizales naturales (Pastizal). Sin embargo, la capacidad fotosintética máxima reflejó un mejor estado fisiológico de la comunidad en los tramos con uso de suelo ganadero extensivo (Ganadero). Esto podría relacionarse con una adaptación de la comunidad dada en parte por cambios en la composición taxonómica. A diferencia del epifiton y del fitobentos, la combinación de rasgos morfológico-funcionales predominantes en la comunidad desarrollada sobre sustratos artificiales fue filamentos con elementos de adhesión al sustrato (f_med), características de un estado avanzado de la microsucesión. Sin embargo, al igual que en el fitobentos el gremio ecológico de diatomeas dominante fue Motile. A partir de estos resultados se puede concluir que los tramos de arroyos seleccionados y caracterizados representan la condición menos disturbada en arroyos en la región pampeana. Aunque la permanencia en esta condición deberá ser evaluada a futuro dado que estos sitios podrían estar sujetos a modificaciones como consecuencia de las actividades antrópicas en la región, el presente trabajo sienta las bases como para tener descripciones de los ecosistemas de referencia. En condiciones de bajo disturbio antrópico, la estructura de las comunidades algales adheridas respondió a un gradiente ambiental asociado a la extensión latitudinal de la región de estudio, que estuvo dado por cambios en la temperatura y en la irradiancia. A este gradiente ambiental se le sumaron como determinantes de las comunidades, variables de escala local que difirieron según la comunidad. Los enfoques basados en rasgos morfológicos-funcionales reflejaron adecuadamente la estructura de las comunidades resumiendo la diversidad funcional existente, y su relación con el principal gradiente ambiental. Sin embargo, la variabilidad encontrada entre las estaciones del año en las distintas comunidades no pudo ser completamente explicada considerando uno solo de los enfoques. Por último, los indicadores estructurales y funcionales del biofilm desarrollado sobre sustratos artificiales resultaron adecuados para describir impactos antrópicos leves asociados con actividades agrícolas y ganaderas extensivas en las proximidades de los arroyos de la región de estudio.