40 años de investigación en los lagos de alta montaña de sierra nevada: revelando las huellas del...

8/3/2019 40 años de investigación en los lagos de alta montaña de Sierra Nevada: Revelando las huellas del cambio global

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Francisco José Bullejos - Dept. Ecología, Inst. Agua

Pablo Jaímez - Hydraena S.L.L, Inst. Agua (ugr)

Julio Luzón - Hydraena S.L.L., Inst. Agua (ugr)

Jose Palomino - Hydraena S.L.L.

David Fernández - Hydraena S.L.L., Dept. Botánica (ugr)

40 años de investigación en los lagos de

alta montaña de Sierra Nevada: Revelando

las huellas del cambio global



Los lagos de alta montaña como sensores del

cambio global... ¿Por qué?

Löfter H (1969) High altitude lakes in Mt. Everest region.

Verhandlungen Internationale Vereinigung Limnologie, 17,

373-385

1992, Limnetica, 8, 39-47

1960s

2005 , Advances in Global Change Research, 23, 437-447

2010s

Gran potencial para la

INVESTIGACIÓN FUTURA delcambio global



Características de los Lagos Ecosensores

Origen glacial

Fuente: Lagunas de Sierra Nevada (Castillo, 2009).



Morales-Baquero et al., 2001 (Ecosistemas)

Sierra

Nevada

Löffer, 1969 (Verhandlungen Internationale Vereinigung Limnologie)


Origen glacial




Origen glacial: Sierra Nevada

P. interglaciares tras

Younger Dryas y

Pequeña Edad Glacial

Actividad glacial

reducida a la cresta de

las cumbres

Ecosistemas muy

jóvenes

(150-400 años)

Poco o nada alterados

Cuencas muy pequeñas

Alta concentración

Elevada altitud

>40 en 100 km2

2600-3100 m s.n.l.

3000 m2

(excepto La Caldera, Laguna Larga, Las Yeguas)




Elevada altitud y aguas transparentes

UVR

Sensibilidad





Ultraoligotrofia

UVR

Entrada de nutrientes(e.g. Eutrofización)

Sensibilidad

Lluvia ácida



S. Nevada: Sensibilidad a aportes alóctonos de nutrientes

Baja meteorización química de las rocas [Catalan et al., 2006 (Limnetica)]

Ultraoligotrofia: PT: < 35 μg L-1

Medina-Sánchez et al., 2010 (FEMS Microbial Ecology)

Escaso desarrollo del suelo [Catalan et al., 2006 (Limnetica)]

Nulo o escaso de la vegetación [Flora Amenazada...(Blanca et al., 2002)]

Cuencas de captación pequeñas [Morales-Baquero et al., 1999 (Canadian Journal of Fisheries)]

Ausencia generalizada de afluentes [Castillo et al., 2009 (IGME)]

... Sensibilidad a los aportes atmosféricos de nutrientes del Sáhar [Mladenov et al., 2009 (Limnology and Oceanography)


http://slidepdf.com/reader/full/40-anos-de-investigacion-en-los-lagos-de-alta-montana-de-sierra-nevada 10/49Photo: NASA



Westerlies (Verano)

Ridame & Guieu, 2002 (Limnology and Oceangraphy)

CALIMA



Photo: NASA




Baja meteorización química de las rocas [Catalan et al., 2006 (Limnetica)]

Ultraoligotrofia: PT: < 35 μg L-1

Medina-Sánchez et al., 2010 (FEMS Microbial Ecology)

Escaso desarrolllo del suelo [Catalan et al., 2006 (Limnetica)]

Nulo o escaso de la vegetación [Flora Amenazada...(Blanca et al., 2002)]

Cuencas de captación pequeñas [Morales-Baquero et al., 1999 (Canadian Journal of Fisheries)]

Ausencia generalizada de afluentes [Castillo et al., 2009 (IGME)]

... Sensibilidad a los aportes atmosféricos de nutrientes del Sáhar [Mladenov et al., 2009 (Limnology and Oceanography)

Posición geográfica: < 2000 km del Sáhara

[Jaenicke & Schutz, 1978 (Journal of Geophysical Research)]

Altitud: 1500 – 4000 m s.n.m.Talbot et al., 1986 (Journal of Geophysical Research – Atmospheres)



Particularmente ricos en Fe, Ca, y P [Pulido-Villena et al., 2006 (Global Biogeochemical Cycles); Bristow et al., 2010 (Geophysical Research Letters)]

Aportes atmosféricos de nutrientes saharianos

Aportes de Ca: Ecosistemas muy bien tamponados

Gobiernan la biogeoquímica de los lagos

No sensibles a la lluvia ácida




A

B

C

Fuente: Villar-Argaiz et al., 2001 (Freshwater Biology)

A

B

C

A

B

C

Fuente: Villar-Argaiz et al., 2001 (Freshwater Biology)

Fuentes:

Morales-Baquero et al., 2006 (Limnetica)

Morales-Baquero et al., 2006 (Limnology and Oceanography)

Fuentes:

Morales-Baquero et al., 2006 (Limnetica)

Morales-Baquero et al., 2006 (Limnology and Oceanography)

Fuente: Morales-Baquero et al., 2006 (Limnology and Oceanography)



Particularmente ricos en Fe, Ca, y P Pulido-Villena et al., 2006 (Global Biogeochemical Cycles); Bristow et al., 2010 (Geophysical Research Letters)

Aportes atmósféricos de nutrientes saharianos

Aportes de Ca: Sistemas muy bien tamponados

Gobiernan la biogeoquímica del lago

No sensibles a la lluvia ácida


Anomalías biogeoquímicas y de la red trófica reflejan alteraciones

en la deposición atmosférica de nutrientes

ATALAYAS DE LA TROPOSFERAMorales-Baquero et al., 2001 (Ecosistemas)



Naturales:e.g. Superpoblación de cabra montés

Derivadas de actividades humanas:

e.g. Pastoreo de la ganadería


... Sensibilidad a otras fuentes locales de nutriente





Ultraoligotrofia

Bajas temperaturas

UVR


Anomalías

climáticas ( e.g.Calentamiento global)Sensibilidad

Lluvia ácida



S. Nevada: Sensibilidad a anomalías térmicas

Bajas temperaturas, que fluctúan en un estrecho rango:e.g. Laguna de la Caldera 2003-2008 (Bullejos, 2012)

Estación libre de hielos: 4 - 18 ºC

Estación cubierta de hielos: 1 - 4 ºC

Pequeño tamaño: 3000 m2

Morales-Baquero et al., 1992 (Limnetica); Castillo et al., 2005 (IGME)

Profundidad somera: < 12 m (2005)Bullejos, 2012

↑↑ Superficie/Volumen

Baja estabilidad térmica

Sensores Térmicos ... Detectores del cambio climático





Ultraoligotrofia

Bajas temperaturas

UVR


Anomalías térmicas( e.g. Calentamiento

global)

Comunidades biológicas

sencillas muy bien

estructuradas

Difícil acceso

Sensibilidad Influencia humana

Cualquier factor que afecte:

· Crecimiento y reproducción de los organismos

· Estructura y funcionamiento de la red trófica

Lluvia ácida



S. Nevada: Sensibilidad a agentes que impacten en la biota

Comunidades biológicas muy sencillas

•Comunidades planctónicas

• Fitoplancton

• Zooplancton

• Comunidadades microbianas planctónicas

• Comunidades bentónicas y litorales

• Fitobentos• Zoobentos

• Comunidadades microbianas litorales

• Macrófitos

• Comunidades nectónicas ( e.g. peces) Ausente

Muy bien caracterizadas

Poco caracterizadas



Fitoplancton

Zygophyceae

Fuentes:

Morales-Baquero, 1992 (Limnetica)

Estudio de las comunidades fitoplanctónicas... (Sánchez-Castillo, 1986)

Baja diversidad



Fitoplancton

Diversidad funcional [Estudio de las comunidades fitoplanctónicas... (Sánchez-Castillo, 1986)]

• Algas sésiles:Dictyiosphaerium chlorelloides

Ooscystis lacustris

Cyanarcus sp.Monoraphidium sp.

...

• Algas flageladas, la mayoría mixótrofas:Chromulina nevadensis

Rhodomonas minuta

...

• Algas epizoicas:(Pérez-Martínez & Barea-Arco, 2000; Barea-Arco et al., 2001; Pérez-Martínez et al., 2001)

Korshikoviella gracilipes (Daphnia pulicaria)

Chlorangiella pygmaea (Alona rectangula)

...

Fitoplancton



Zooplancton

Baja riqueza de especiesEstudio de la comunidad zooplanctónica....(Cruz-Pizarro et al., 1981)

Estudio de las comunidades de rotiferos Monogonontes... (Morales-Baquero, 1985)

...

• 8 sps de cladóceros

• 20 sps de rotíferos

• 5 sps de copépodos

Dominancia de Mixodiaptomus laciniatus y Daphnia pulicaria

Villar-Argaiz et al., 2002 (Ecology)

La Caldera, 1997



Comunidades microbianas planctónicas

Poco caracterizadas

Principalmente en La Caldera

Reche, 1995 ... Mladenov et al., 2011 (Nature)

Interacciones

ecológicas

Impacto de UVR y/onutrientes

saharianos

Estudios intersistémicos

Reche et al., 2005 (Ecology)....

• Escasez de protozoos flagelados

• Aparición esporádica de protozoos ciliados

• Escasez del picoplancton autotrófico

• Dominio de bacterias heterotróficas

Riqueza bacteriana consistente con“Teoría de Biogeografía de Islas”

(MacArthur & Wilson, 1967)



Comunidades bentónicas y litorales

• Macrófitos

Poco caracterizadas

Comunidades de briófitos y

Sparganium angustifolium

Flora amenaza y endémica...(Blanca et al., 2002)



Comunidades bentónicas y litorales

• Fitobentos

• Zoobentos

• Comunidadades microbianas litorales (Toth & Cruz-Pizarro, 1995; Lango et al., 1999)

• Macrófitos

Poco caracterizadas

Comunidades de briófitos y

Sparganium angustifolium

Flora amenaza y endémica...(Blanca et al., 2002)

Comunidades de diatomeas bentónicas

Linares-Cuesta, 2003; Linares-Cuesta et al., 2007 (Limnetica);

Sánchez-Castillo et al., 2008 (Journal of Limnology)

Coleópteros [Sainz-Cantero & Alba-Tercedor, 1991 (Boletín...)]

Nematodos (Ocaña)

Quironómidos [Laville & Vilchez, 1986 (Annual Limnologie)]

Rotíferos [Estudio de... (Morales-Baquero, 1985)]

P ti hi tó i



1975

1985

1995

2005

Martínez-Silvestre

Cruz-Pizarro

Morales-Baquero

Sánchez-Castillo

Carrillo***

***Reche

Villar-Argaiz

Medina-Sánchez

Pulido-Villena

Delgado-Molina

BullejosMladenov

Barea-Arco

Jimenez-Moreno

Castillo-Martín

1980

1990

2000

2010

Anderson

Pérez-Martínez

LiébanasConde-Porcuna

Durán-RomeroDorado

Gimenez-HerreraDe Vicente

Echevarría

García-Jurado

LangoToth

Linares-Cuesta

Oliva

Pérez-Martínez

Conde-Porcuna

Rodriguez

Rodriguez-Rodriguez

Rueda

Souza

Morales-Baquero

Cruz-Pizarro

Perspectiva histórica

Ecología de Poblaciones y Comunidades

Ecología y Biología Estequiométrica

Biogeoquímica

Limnología Física

Hidrogeología y

Geomorfología

Paleolimnología

Ecología de Poblaciones y Comunidades: Visión Clásica



Rodriguez

1975

1985

1995

2005

Martínez-Silvestre

Cruz-Pizarro

Morales-Baquero

Sánchez-Castillo

Carrillo***

***Reche

Barea-Arco

1980

1990

2000

2010

Echevarría

LangoToth

Linares-Cuesta

Pérez-Martínez

Conde-Porcuna

Ecología de Poblaciones y Comunidades: Visión Clásica

Demografía y diversidad de

las comunidad fitoplanctónicade La Caldera

Demografía y diversidad de

las comunidad zooplanctónicade La Caldera

Diversidad de las

comunidades zooplanctónicasDiversidad de las

comunidades fitoplanctónicas

y fitobentónicas

Interacciones tróficas: Cadena

de pastoreo

Interacciones tróficas:

Bucle microbiano

Ciclo biogeoquímicos

Estructura de la red trófica

Interacciones ecológicas:

Mutualismo

Diversidad de las

comunidades fitobentónicas

Diversidad de las

comunidades microbianas

litorales

Estrategias adaptativas y

demografía del zooplancton

Ecología y Biología Estequiometrica



g y g q

Estequiometría Ecológica

Estequiometría Biológica

Ecología y Biología Estequiometrica



1975

1985

1995

2005

Carrillo***

Villar-Argaiz

Medina-Sánchez

Delgado-Molina

Bullejos

1980

1990

2000

2010 Durán-RomeroDorado

Gimenez-Herrera

López-Figueroa

Souza

g y g q

Ecología evolutiva de los ciclos vitales

Interacciones tróficas: Bucle microbiano

Cambio Global: Luz x Nutrientes atm

Interacciones tróficas: Bucle microbiano

Cambio Global: UVR x Nutrientes atm

Interacciones tróficas: Cadena de pastoreo

Cambio Global: UVR x Nutrientes atm

EFECTOS INTERACTIVOS FACTORES DE CAMBIO GLOBAL SOBRE LAS INTERACCIONES TRÓFICAS

Interactive UVR x Nutrients effects on the primary



p y producer-consumer interaction:

An ecological-evolutionary perspective(Bullejos, 2012)

I Introduction

II Effects of UVR and nutrients on elemental and biochemical food quality for consumers [Villar-Argaiz et al., 2009 (Freshwater Biology)]

III Effects of food quantity and quality, modified by UVR and nutrients, onconsumers [Villar-Argaiz et al., 2012 (Limnology and Oceanography)]

IV Roles of UVR and nutrients in the strength of phytoplankton-zooplanktoncoupling [Bullejos et al., 2012 (Limnology and Oceanography)]

V UVR and nutrients effects on zooplankton elemental composition [Bullejos et al., 2008

(Verhandlungen Internationale Vereinigung Limnologie)]

VI Growth responses of herbivorous consumers to gradients of food quality [Bullejos et al., 2012 (submitted)]

VII Inter- and intra-specific variability in P-stoichiometry, nucleic acids, and lifehistory strategies in crustacean zooplankton of clear high mountain lakes

[Bullejos et al., 2012 (submitted)]

VIII Synthesis and conclusions

Roles of UVR and nutrients in the strength of

h t l kt l kt li



phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)

Shurin et al., 2006 (Proceedings of The Royal Society B: Biological Sciences)


phytoplankton zooplankton coupling




En ecosistemas acuáticos....

Productor primario-

Consumidor herbívoro

Estructura y

funcionamiento de la

Red Trófica

Cyr & Pace, 1993 (Nature)

Hairston & Hairston, 1993 (The American Naturalist)

Cyr et al., 1997 (Oikos)

Cebrian, 1999 (The American Naturalist)

Shurin et al., 2006 Proceedings of The Royal Society B: Biological Sciences

...

CAMBIO GLOBAL






Objetivo






A

B

Fuente: Carrillo et al., 2008 (Global Change Biology)

Estudios previos Hipótesis

Consumidores herbívoros

El efecto combinado de entradas

de nutrientes y UVR mejora lacantidad y calidad de alimento

para herbívoros

Acople PP-CH

Productividad dela red trófica

Diseño Experimental:



Diseño Experimental:Factorial 2 x 5

+ UVR ― UVR (plexiglass)

(2700 L)

20 30

40 60

Control 20 30

40 60

Control

1 - a g

o

3 - a g o

1 1 - a g o

2 0 - a g o

1 - s e p

1 1 - s e p

2 4 - s e p

1 0 - o c

t

Pulso de

nutrientes

Tiempo de Incubación

1 3 11 20 32 43 56 70

Mesocosmos

+ UVR



- UVR

(Plexiglass)

UVR


phytoplankton-zooplankton coupling



phytoplankton zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)

Resultados

Patrón unimodal

Efectos deletéreosde UVR a niveles

intermedios de

nutrientes

I

II






Resultados: Patrón unimodal

Efectos deletéreos por exceso dealimento






Resultados: Efectos deletéreos de UVR a niveles intermedios de nutrientes¿Efecto directo o indirecto de UVR?

Efectos deletéreos no producidos por

efectos indirectos de UVR

C:N < 22.5 C:P < 350

Efectos deletéreos directos de UVR





p y p p p gBullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)

Resultados: Resumen

Escasez dealimento

Exceso de alimento

¿Knife-edge hypothesis?

Efectos deletéreos directos

de UVR





p y p p p g

Discusión: Cambio global

Martinez-Silvestre, 1975; Cruz-Pizarro, 1978.....Bullejos, 2012

Biogeoquímica y Limnología Física



1975

1985

1995

2005

***Reche

Pulido-Villena

Mladenov

1980

1990

2000

2010

De Vicente

García-Jurado

Rodriguez-Rodriguez

Rueda

Morales-Baquero

Limnología Física

Cruz-Pizarro

Biogeoquímica

Impacto de nutrientes atm

(Aerosoles Saharianos) en

ciclos biogeoquímicos y en

dinámicas poblacionales

Ciclos biogequímicos

Flujos energéticos y

anomalías térmicas



40 años de investigación en los lagos de





las huellas del cambio global Productividad Científica sobre Los Lagos de Sierra Nevada

0

15

30

45

6075

90

1970-1979 1980-1989 1990-1999 2000-2012

Período

N º d e

C o n t r i b u c i o

n e s

C i e n t í f i c a s

1975 2012

Informes

técnicos

Aquatic sciences

Limnology and Oceanography

Ecology

Global Change Biology

Ecology Letters

Nature

...

Agradecimientos



• Junta de Andalucía (EGMASA)

• Proyecto Sierra Nevada Observatorio del Cambio Climático - CEAMA

• Hydraena S.L.L.

• Miembros del Departamento de Ecología e Instituto del Agua

40 años de investigación en los lagos de alta montaña de sierra nevada: revelando las huellas del...

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