Simulations of phytoplankton dynamics in El Gergal Reservoir, Southern Spain (PROTECH)

The Mediterranean region is characterised by a variable climate with most of the rain falling during the winter and frequent summer droughts. Such warm, dry periods are ideal for the growth of large algal blooms that often consist of potentially toxic Cyanobacteria. This makes the management of water for human use particularly challenging in such a climate and it is important to understand how such blooms can be avoided or at least be reduced in size. PROTECH (Phytoplankton RespOnses To Environmental CHange) is a model that simulates the dynamics of different species of phytoplankton populations in lakes and reservoirs. Its distinct advantage over similar models is its ability to simulate the relative composition of the algal flora, allowing both quantitative and qualitative conclusions to be drawn e.g. whether Cyanobacteria could be a potential problem. PROTECH has been applied primarily to lakes and reservoirs in northern Europe. Recently, however, the model has been applied to water bodies in lower latitudes, including Australia to a water supply reservoir in the south of Spain, El Gergal. El Gergal is the last in a chain of reservoirs that supply water to the city of Seville. It was brought into service in April 1979 and has a maximum storage volume of 35 000 000 m3. This article summarises the application of PROTECH in order to simulate the following problems: • the effect of a large influx of Ceratium biomass into El Gergal from another reservoir • the effect of using alternative water sources instead of the Guadalquivir River (used occasionally to raise water levels in El Gergal) • the effect of installing tertiary sewage treatment on the Cala River • the effect of simulated drought conditions on phytoplankton in the reservoir

Temporal and spatial variations in the quality of water in El Gergal Reservior, Seville, Spain

It is often difficult to define ‘water quality’ with any degree of precision. One approach is that suggested by Battarbee (1997) and is based on the extent to which individual lakes have changed compared with their natural ‘baseline’ status. Defining the base-line status of artificial lakes and reservoirs however, is, very difficult. In ecological terms, the definition of quality must include some consideration of their functional characteristics and the extent to which these characteristics are self-sustaining. The challenge of managing lakes in a sustainable way is particularly acute in semi-arid, Mediterranean countries. Here the quality of the water is strongly influenced by the unpredictability of the rainfall as well as year-to-year variations in the seasonal averages. Wise management requires profound knowledge of how these systems function. Thus a holistic approach must be adopted and the factors influencing the seasonal dynamics of the lakes quantified over a range of spatial and temporal scales. In this article, the authors describe some of the ways in which both long-term and short-term changes in the weather have influenced the seasonal and spatial dynamics of phytoplankton in El Gergal, a water supply reservoir situated in the south of Spain. The quality of the water stored in this reservoir is typically very good but surface blooms of algae commonly appear during warm, calm periods when the water level is low. El Gergal reservoir is managed by the Empresa Municipal de Abastecimiento y Saneamiento (EMASESA) and supplies water for domestic, commercial and industrial use to an area which includes the city of Seville and twelve of its surrounding towns (ca. 1.3 million inhabitants). El Gergal is the last of two reservoirs in a chain of four situated in the Rivera de Huelva basin, a tributary of the Guadalquivir river. It was commissioned by EMASESA in 1979 and since then the company has monitored its main limnological parameters on, at least, a monthly basis and used this information to improve the management of the reservoir. As a consequence of these intensive studies the physical, chemical and biological information acquired during this period makes the El Gergal database one of the most complete in Spain. In this article the authors focus on three ‘weather-related’ effects that have had a significant impact on the composition and distribution of phytoplankton in El Gergal: (i) the changes associated with severe droughts; (ii) the spatial variations produced by short-term changes in the weather; (iii) the impact of water transfers on the seasonal dynamics of the dinoflagellate Ceratium

The Gulf Stream position influences the functional composition of phytoplankton in El Gergal reservoir (Spain)

The latitudinal position of the north-wall of the Gulf Stream influences the climatic conditions in the Atlantic North and Western Europe. Southerly movements of the Gulf Stream (low Gulf Stream Index values, GSI) typically induce unstable meteorological conditions in this region, while north displacements of the oceanic current (high GSI values) are associated with stable weather. In the present article we explore a seven years data set including annual GSI, meteorological records and phytoplankton community composition and abundance to demonstrate that the year-to-year changes in the position of the Gulf Stream and its influence on the prevailing weather conditions have an effect on the long-term variability of phytoplankton community in El Gergal reservoir, an ecosystem located in the Atlantic coast of Andalusia (SW Spain). Furthermore, we describe the response of each considered phytoplankton functional groups to changes in the Gulf Stream position. Thus, northerly displacements of the north-wall increased the abundance of H+S1 cyanobacteria through a non-linear function with two marked GSI thresholds. GSI and Lm dinoflagellates abundance depicted a significant positive linear correlation, while groups B + P diatoms abundance was negatively linear correlated with GSI. Groups Y cryptophytes and X1 + J chlorophytes abundance remained nearly constant for most of the studied years but developed an exponential increase at high GSI years. Implications for water quality management are pointed out.Las condiciones climáticas en la fachada Atlántica europea están influidas por las variaciones temporales en la posición latitudinal de la Corriente del Golfo en el océano Atlántico. Así, el desplazamiento hacia el Sur de la Corriente del Golfo (valores bajos del Índice de la Corriente del Golfo, GSI) induce condiciones de inestabilidad meteorológica en la Europa occidental, mientras que los desplazamientos septentrionales de la corriente oceánica (elevados valores del GSI) están asociados con mayor estabilidad meteorológica en esta región. Este artículo estudia la influencia de los cambios interanuales en la posición de la Corriente del Golfo sobre la comunidad fitoplanctónica del embalse de El Gergal, un ecosistema localizado en la costa atlántica andaluza (SW España). Para ello, a lo largo de siete años se han registrado valores anuales de GSI, información meteorológica y datos sobre la composición y biovolumen del fitoplancton. El análisis de esta información permite describir cómo las variaciones anuales en la posición de la Corriente del Golfo afectan a las condiciones meteorológicas en el área de estudio, influyendo de esta manera sobre el biovolumen de cada uno de los grupos funcionales de fitoplancton considerados. Los desplazamientos hacia el Norte de la Corriente del Golfo favorecieron el incremento del biovolumen de cianobacterias de los grupos H + S1 a través de una función no lineal con dos valores críticos de GSI bien definidos. Por su parte, se encontró una relación lineal positiva entre el GSI y el biovolumen de dinoflagelados del grupo Lm, mientras que las diatomeas de los grupos B + P se relacionaron de forma inversa con el GSI. Aunque el biovolumen de clorofitas de los grupos X1 + J y de criptofitas del grupo Y permaneció estable durante la mayor parte de los años estudiados, se registró un notable incremento del mismo en aquellos años en los que el GSI mostró sus valores más elevados. Finalmente se apuntan algunas consideraciones sobre posibles implicaciones en la gestión de la calidad del agua embalsada

Temporal and spatial variations in the quality of water in El Gergal reservoir, Seville, Spain

One approach is that suggested by Battarbee (1997) and is based on theextent to which individual lakes have changed compared with their natural‘baseline’ status. Defining the base-line status of artificial lakes andreservoirs however, is, very difficult. In ecological terms, the definition ofquality must include some consideration of their functional characteristicsand the extent to which these characteristics are self-sustaining (Harper1992; Moss 1999). The challenge of managing lakes in a sustainable wayis particularly acute in semi-arid, Mediterranean countries. Here the qualityof the water is strongly influenced by the unpredictability of the rainfall aswell as year-to-year variations in the seasonal averages (Thornton & Rast1993). Wise management requires profound knowledge of how thesesystems function. Thus a holistic approach must be adopted and the factorsinfluencing the seasonal dynamics of the lakes quantified over a range ofspatial and temporal scales

Interpretación del ciclo de vida de Barbus sclateri (Pisces: Cyprinidae) en base al estudio de los otolitos y de los ácidos nucleicos

La estructuración de nuestra memoria es un híbrido entre una presentación convencional (introducción, material y métodos, resultados, discusión) y una, en la que cada capítulo constituye una entidad homogénea e independiente. De esta forma, pretendemos por una parte, que el lector tenga una visión completa de cada uno de los objetivos y por otra, facilitarle una lectura fraccionada del manuscrito. Los resultados presentados en cada capítulo son discutidos no solamente respecto al objetivo específico, sino como parte de los resultados e interpretaciones anteriores. De esta forma, el lector podrá comprender mucho mejor nuestros razonamientos a través de una discusión progresiva. Nuestra tarea será la de incluir una pieza más en un puzle, parte del cual engloba un conjunto complejo de estrategias en el ciclo de vida de Barbus sclateri, que el Grupo de Ecología de Peces del Departamento de Biología Vegetal y Ecología está completando en el río Guadalete, con el fin de conocer mejor la estructura y funcionamiento de los ecosistemas acuáticos continentales y de sus organismos. Este gran puzzle se empezó a construir conociendo por un lado, las características físico-químicas y de forma general, las características de los distintos hábitat que forman el río, y por otro lado, la biología de las especies que forman parte de la comunidad de peces que habitan en él (Rodríguez-Ruiz 1992; Rodríguez-Ruiz y Granado-Lorencio 1992). También se ha estudiado la ecología trófica y la dinámica energética de la comunidad íctica (Encina 1991; Encina y Granado-Lorencio 1994) y por último, se cubrió un aspecto fundamental e íntimamente unido al funcionamiento del río, que fue conocer las estrategias de ocupación del tiempo y del especio por los peces, y la influencia que tiene sobre estas estrategias las diferentes interacciones entre ciertos elementos de la red trófica fluvial (fitobentos, macroinvertebrados yu superdepredadores, la nutria) (Prenda 1993, Prenda y Granado-Lorencio en prensa). Todo lo anterior lo podemos encuadrar en el grupo de trabajos típicamente extensivos y es ahora el momento de subdividir cada pieza con el de empezar a conocer la autoecología con técnicas más avanzadas y mucho más precisas (trabajo intensivo). De esta forma, las estrategias en los ciclos de vida en los peces que son extraordinariamente complejas pueden entenderse mejor al estudiar la misma especie en diferentes lugares o ambientes (Stearns 1978; Baltz y Moyle 1982) y esta variación interpoblacional nos permitirá situar estos estudios en un contexto evolutivo (Baltz 1990). Los principales objetivos de este trabajo se fijaron, por tanto, en conocer: 1. Si el otolito es una herramienta útil para los estudios de edad y crecimiento en el Barbus sclateri. a) Estableciendo el momento de la formación de sus anillos. b) Estableciendo la relación entre el tamaño del otolito y del pez, y conociendo la influencia del sexo, la talla y el ambiente sobre esta relación. c) Conociendo la validez y la precisión del retrocálculo a partir de ellos. d) Estimando los parámetros de crecimiento. e) Estableciendo el uso potencial de los otolitos en los estudios de biocronología. 2. El uso de los ácidos nucleicos como una técnica capaz de valorar la distribución de los recursos del pez hacia el crecimiento, la supervivencia y la reproducción. a) Describiendo con precisión las variaciones temporales en el peso corporal, del hígado y de la gónada. b) Conociendo si los mecanismos homeostáticos del pez frente a la variación estacional de la temperatura del agua, son capaces de enmascarar las diferencias temporales e interpoblaciones en el contenido de los ácidos nucleicos. c) Describiendo la variación temporal del contenido de los ácidos nucleicos en el músculo esquelético, el hígado y la gónada. CONCLUSIONES: 1. El otolito, y en concreto el lapillus, es una estructura válida para los estudios de edad y crecimiento de Barbus sclateri. En este otolito, una banda opaca y una translúcida se forman en diferentes momentos del año y la combinación de una y otra es de naturaleza anual. 2. Las variables que definen el tamaño del otolito (radio, diámetro y peso) y del pez (longitud y peso) pueden usarse como estimadores de la edad individual. Pero para obtener mayor exactitud en la edad, es más recomendable contar los annulli del otolito. El peso del otolito es capaz de discriminar la edad cuando la diferencia de esta entre los individuos, es igual o mayor a dos años. 3. En cuanto al retrocálculo, hemos podido comprobar que los métodos de Fraser-Lee dan resultados satisfactorios y en concreto, el de la Intersección Biológica. También la utilización de los annulli más recientes aumenta el grado de precisión del retrocálculo, ya que el crecimiento del pez y la edad influyen en el crecimiento del otolito. 4. El uso del otolito nos ha permitido conocer que el ciclo de vida de las poblaciones de Barbus sclateri estudiadas por nosotros se caracteriza por un crecimiento lento y una vida relativamente larga. Los machos maduran entre los 4 y 5 años, y las hembras entre los 5 y 6 años. El dimorfismo sexual en el tamaño encontrado en esta especie, se debe a una diferencia en el crecimiento entre los sexos y no a una longevidad diferencial. 5. El estudio de los ácidos nucleicos es una técnica capaz de valorar la distribución de los recursos de Barbus sclateri hacia el crecimiento, la supervivencia y la reproducción. Con este método hemos podido detectar cambios en el crecimiento y la reproducción, no revelados con los métodos gravimétricos tradicionales. 6. La temperatura por si sola no puede considerarse que influya en la concentración de los ácidos nucleicos. Por tanto, los mecanismos homeostáticos del pez frente a la variación estacional de la temperatura del agua, no es capaz de enmascarar las variaciones temporales e interpoblaciones, debidas a procesos de crecimiento, encontradas en los ácidos nucleicos. 7. El crecimiento en ambos sexos disminuye en el momento de la maduración sexual. En las hembras se debe principalmente a la mayor inversión detectada hacia las gónadas y en los machos, con una inversión gonadal menor, posiblemente se deba a un gasto mayor en las actividades asociadas a la freza. 8. La dinámica del crecimiento muscular y el momento de maduración influyen de una forma importante en las diferencias del tamaño entre sexos. En general, esta dinámica confiere a esta especie un crecimiento potencial, que tiene que ser acompañado por una entrada y una distribución óptima de los recursos, para que el crecimiento muscular consiga sus niveles máximos. 9. Hemos comprobado que la concentración de los ácidos nucleicos en el hígado nos permite interpretar mejor los procesos de crecimiento muscular. Pero además, es capaz de reflejar actividades de crecimiento que están teniendo lugar en otras partes el organismo, como por ejemplo, la maduración gonadal. En este caso, los ácidos nucleicos de las gónadas también nos ayudan en entender mejor su propia dinámica de crecimiento. 10. En un río de régimen térmico mediterráneo, como es el río Guadalete, el crecimiento neto se produce a principios de Otoño. Un cambio sustancial en las condiciones que produzca una mayor estabilidad ambiental, como ocurre en el arroyo de Bocaleones, produce un tiempo más amplio de crecimiento, aunque esto no suponga necesariamente un crecimiento final mayor. 11. En las dos poblaciones de Barbus sclateri estudiadas, la forma de distribuir los recursos hacia el crecimiento, la supervivencia y la reproducción, definido por la estrategia de la especie (fijación filogenética), es modificada por las características ambientales (factores bióticos y abióticos) del tamo fluvial donde se encuentre, con el fin de optimizar su ciclo de vida

Algae in the motion : spatial distribution of phytoplankton in thermally stratified reservoirs

Phytoplankton spatial distribution patterns in four Andalusian reservoirs with different physical characteristics are described and evaluated in this work. Both vertical and horizontal distribution patterns are presented in order to demonstrate that thermally stratified reservoirs are dynamic, complex and heterogeneus ecosystems. Vertically, phytoplankton patchiness was physically controlled by turbulent mixing and light climate and biologically determined by the hydromechanical characteristics of each microalgae functional group. The horizontal distribution of phytoplankton was the result of the interaction between the wind-induced advective transport of water masses and the vertical distribution of each algal group. The precise knowledge of the phytoplankton spatial distribution patterns and their responsible agents constitutes a powerful tool for a limnologicallybased dynamic reservoir management and must be integrated in reservoir water quality monitoring procedures. The use of fastresponse and high-resolution technologies, such as in vivo and in situ spectrofluorimetry, should significantly helps in reaching this objective.En este estudio se describen y evalúan algunos de los principales patrones de distribución espacial del fitoplancton en un conjunto de cuatro embalses andaluces de diferentes características físicas. Los patrones de distribución vertical y horizontal del fitoplancton obtenidos demuestran que los embalses térmicamente estratificados constituyen un tipo de ecosistema especialmente dinámico, complejo y heterogéneo. La distribución vertical del fitoplancton estuvo controlada por agentes físicos como la mezcla turbulenta de la columna de agua y el clima lumínico al que son sometidas las algas así como por factores biológicos como las características hidromecánicas de los distintos grupos funcionales de fitoplancton. La distribución de las microalgas en el plano horizontal surge como resultado de la interacción entre el transporte advectivo de las distintas masas de agua inducido por el viento y la distribución vertical de cada grupo algal. El conocimiento preciso de los distintos patrones de distribución del fitoplancton y de los agentes responsables de los mismos constituye una herramienta de especial utilidad para una gestión dinámica y basada en principios limnológicos de los embalses y debe ser integrado en los procedimientos de control de la calidad del agua embalsada. El uso de tecnologías de respuesta rápida y alta resolución de toma de datos, tales como la espectrofluorimetría in vivo e in situ, puede facilitar considerablemente alcanzar este objetivo

The effects of diel changes in circulation and mixing on the longitudinal distribution of phytoplankton in a canyon-shaped Mediterranean reservoir

13 pages, 6 figures1. The near-surface distribution of phytoplankton cells along the thalweg of a canyon-shaped reservoir (El Gergal, southern Spain) during two surveys is described and interpreted as the result of time-varying large-scale circulation patterns, vertical mixing processes and the physiological capacity of algal cells to regulate its position in the water column. 2. Vertical gradients of chlorophyll-a concentration developed in the water column during the day but disappeared at night, as a result of the shoaling and deepening of the diurnal mixed layer (dml). The changes in the depth of the dml are largely controlled in El Gergal by convectively driven mixing processes. The longitudinal circulation changes, in turn, as a result of weak and diurnal land-sea breezes. The distribution of algal cells was patchy at all times but did not change during any of the surveys. 3. An expression is proposed to estimate time scales for the development of horizontal patchiness TP based on simple concepts of transport. It is shown that TP is in the order of a week, indicating that horizontal patchiness does not respond immediately to hourly changes in the controlling factors. The magnitude of TP, though, depends on how the vertical distribution of chlorophyll-a and longitudinal currents change on subdiurnal time scales. In particular, TP is sensitive to the lag existing between the momentum and heat fluxes through the free surface, driving circulation and vertical mixingThe research was funded by Ministerio de Ciencia e Innovación (project CGL2005-04070/HID)Peer Reviewe

Carta mecanografiada de Carmelo Escot, Juan José Carballo i Francisco Estacio a Cristina Vicente

Es presenten i demanen informació sobre diplòpodes i una còpia de la seva tesi