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
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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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
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Características de los Lagos Ecosensores
Origen glacial
Fuente: Lagunas de Sierra Nevada (Castillo, 2009).
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Morales-Baquero et al., 2001 (Ecosistemas)
Sierra
Nevada
Löffer, 1969 (Verhandlungen Internationale Vereinigung Limnologie)
Características de los Lagos Ecosensores
Origen glacial
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Características de los Lagos Ecosensores
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)
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Características de los Lagos Ecosensores
Elevada altitud y aguas transparentes
UVR
Sensibilidad
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Características de los Lagos Ecosensores
Elevada altitud y aguas transparentes
Ultraoligotrofia
UVR
Entrada de nutrientes(e.g. Eutrofización)
Sensibilidad
Lluvia ácida
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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)
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Westerlies (Verano)
Ridame & Guieu, 2002 (Limnology and Oceangraphy)
CALIMA
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Photo: NASA
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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 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)
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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
S. Nevada: Sensibilidad a aportes alóctonos de nutrientes
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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)
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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
S. Nevada: Sensibilidad a aportes alóctonos de nutrientes
Anomalías biogeoquímicas y de la red trófica reflejan alteraciones
en la deposición atmosférica de nutrientes
ATALAYAS DE LA TROPOSFERAMorales-Baquero et al., 2001 (Ecosistemas)
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Naturales:e.g. Superpoblación de cabra montés
Derivadas de actividades humanas:
e.g. Pastoreo de la ganadería
S. Nevada: Sensibilidad a aportes alóctonos de nutrientes
... Sensibilidad a otras fuentes locales de nutriente
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Características de los Lagos Ecosensores
Elevada altitud y aguas transparentes
Ultraoligotrofia
Bajas temperaturas
UVR
Entrada de nutrientes(e.g. Eutrofización)
Anomalías
climáticas ( e.g.Calentamiento global)Sensibilidad
Lluvia ácida
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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
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Características de los Lagos Ecosensores
Elevada altitud y aguas transparentes
Ultraoligotrofia
Bajas temperaturas
UVR
Entrada de nutrientes(e.g. Eutrofización)
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
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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
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Fitoplancton
Zygophyceae
Fuentes:
Morales-Baquero, 1992 (Limnetica)
Estudio de las comunidades fitoplanctónicas... (Sánchez-Castillo, 1986)
Baja diversidad
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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
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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
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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)
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Comunidades bentónicas y litorales
• Macrófitos
Poco caracterizadas
Comunidades de briófitos y
Sparganium angustifolium
Flora amenaza y endémica...(Blanca et al., 2002)
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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
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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
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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
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g y g q
Estequiometría Ecológica
Estequiometría Biológica
Ecología y Biología Estequiometrica
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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
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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
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phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
Shurin et al., 2006 (Proceedings of The Royal Society B: Biological Sciences)
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton zooplankton coupling
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phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton zooplankton coupling
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phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
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
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton zooplankton coupling
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phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
Objetivo
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton zooplankton coupling
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phytoplankton-zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
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:
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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
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- UVR
(Plexiglass)
UVR
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton-zooplankton coupling
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phytoplankton zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
Resultados
Patrón unimodal
Efectos deletéreosde UVR a niveles
intermedios de
nutrientes
I
II
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton-zooplankton coupling
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phytoplankton zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
Resultados: Patrón unimodal
Efectos deletéreos por exceso dealimento
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton-zooplankton coupling
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phytoplankton zooplankton coupling Bullejos et al., 2010 (Limnology and Oceanography)
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
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton-zooplankton coupling
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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
Roles of UVR and nutrients in the strength of
phytoplankton-zooplankton coupling
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p y p p p g
Discusión: Cambio global
Martinez-Silvestre, 1975; Cruz-Pizarro, 1978.....Bullejos, 2012
Biogeoquímica y Limnología Física
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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
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40 años de investigación en los lagos de
alta montaña de Sierra Nevada: Revelando
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alta montaña de Sierra Nevada: Revelando
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
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• 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