Fluvial biofilm responses to joint changes in nutrients, temperature, turbidity and water velocity: an <i>ex situ</i> experiment

The aim of this study was to explore the responses of the epipelic biofilm of a Pampean stream with little impact from human activity to two environmental conditions, with joint modifications in nutrients, temperature, water velocity and turbidity. The experiment was conducted using artificial channels and lasted five weeks. The biological variables measured included chlorophyll-a content, bacterial biomass, ash-free dry weight, total carbohydrate concentration, total respiratory activity, and biofilm composition. Results show that the species´ composition of the biofilm was affected, although no other structural or metabolic variables measured were. These results highlight the importance of including structural parameters to measure rapid changes in water quality, even when analyzing the effects of co-occurring variables.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

AppEAR: A citizen science mobile app to map the habitat quality of continental waterbodies

La ciencia ciudadana, o ciencia participativa, es el proceso a través del cual el público en general contribuye activamente a proyectos científcos. En las últimas décadas, los proyectos de ciencia ciudadana proliferaron gracias a Internet y están demostrando ser muy útiles para complementar los monitoreos ambientales “tradicionales”. AppEAR (“app” para la Evaluación de Ambientes Ribereños) tiene como objetivo contribuir al mapeo del estado de los ambientes acuáticos continentales, con énfasis en el hábitat de sus riberas y costas, dentro de un marco de ciencia ciudadana colaborativa. Consiste en una aplicación móvil gratuita que permite a los usuarios evaluar el hábitat de ríos, arroyos, lagos y estuarios desde dispositivos móviles, a través de cuestionarios y fotografías. La aplicación también incluye material educativo y lúdico para diferentes edades, relacionado con las características y el cuidado de los ecosistemas acuáticos de aguas continentales. En su primer año, el proyecto AppEAR incorporó ~460 usuarios que aportaron información sobre 131 sitios muestreados en todo el país. A través de sus contribuciones, los ciudadanos científcos reconocieron las problemáticas ambientales más comunes, que incluyen el uso del suelo que rodea al sitio, la calidad de la vegetación de ribera y la presencia de basura. Aunque es importante conocer y reconocer las limitaciones del uso de herramientas digitales masivas para recolectar datos con fnes científcos, se las debe entender como un complemento de las técnicas tradicionales de monitoreo, que pueden enriquecer las distintas etapas de los estudios de investigación.Citizen science, or participatory science, is the process by which the general public actively contributes with scientific projects. Citizen science projects have proliferated in the few last decades thanks to the Internet and are proving to be a great complement to the more “traditional” environmental monitoring efforts. AppEAR (an app to evaluate the aquatic habitats) states as its main objective to map the status of the habitat of continental waterbodies, with a primary focus on its shores and coasts, within a citizen science framework. It consists of a free mobile app that allows users to evaluate the habitat quality of rivers, streams, lakes and estuaries from their mobile devices, by means of questionnaires and photographs. The app also includes educational material and games, related to the characteristics and caring of the continental waterbodies. In its first year, the AppEAR project incorporated about 460 users who sent information of nearly 131 sampling sites throughout the country. Through their efforts, citizen scientists reported as their main environmental concerns the degradation of the land use around the sites, the quality of the riparian vegetation and the presence of debris or garbage. Even though it is important to recognize the limitation of these digital tools for massive data recollection for scientific purposes, they should be considered as a complement for the more traditional monitoring efforts, that can enrich the different stages in research projects.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Fluvial biofilm responses to joint changes in nutrients, temperature, turbidity and water velocity: an <i>ex situ</i> experiment

The aim of this study was to explore the responses of the epipelic biofilm of a Pampean stream with little impact from human activity to two environmental conditions, with joint modifications in nutrients, temperature, water velocity and turbidity. The experiment was conducted using artificial channels and lasted five weeks. The biological variables measured included chlorophyll-a content, bacterial biomass, ash-free dry weight, total carbohydrate concentration, total respiratory activity, and biofilm composition. Results show that the species´ composition of the biofilm was affected, although no other structural or metabolic variables measured were. These results highlight the importance of including structural parameters to measure rapid changes in water quality, even when analyzing the effects of co-occurring variables.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Fluvial biofilm responses to joint changes in nutrients, temperature, turbidity and water velocity: an <i>ex situ</i> experiment

The aim of this study was to explore the responses of the epipelic biofilm of a Pampean stream with little impact from human activity to two environmental conditions, with joint modifications in nutrients, temperature, water velocity and turbidity. The experiment was conducted using artificial channels and lasted five weeks. The biological variables measured included chlorophyll-a content, bacterial biomass, ash-free dry weight, total carbohydrate concentration, total respiratory activity, and biofilm composition. Results show that the species´ composition of the biofilm was affected, although no other structural or metabolic variables measured were. These results highlight the importance of including structural parameters to measure rapid changes in water quality, even when analyzing the effects of co-occurring variables.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

AppEAR: A citizen science mobile app to map the habitat quality of continental waterbodies

La ciencia ciudadana, o ciencia participativa, es el proceso a través del cual el público en general contribuye activamente a proyectos científcos. En las últimas décadas, los proyectos de ciencia ciudadana proliferaron gracias a Internet y están demostrando ser muy útiles para complementar los monitoreos ambientales “tradicionales”. AppEAR (“app” para la Evaluación de Ambientes Ribereños) tiene como objetivo contribuir al mapeo del estado de los ambientes acuáticos continentales, con énfasis en el hábitat de sus riberas y costas, dentro de un marco de ciencia ciudadana colaborativa. Consiste en una aplicación móvil gratuita que permite a los usuarios evaluar el hábitat de ríos, arroyos, lagos y estuarios desde dispositivos móviles, a través de cuestionarios y fotografías. La aplicación también incluye material educativo y lúdico para diferentes edades, relacionado con las características y el cuidado de los ecosistemas acuáticos de aguas continentales. En su primer año, el proyecto AppEAR incorporó ~460 usuarios que aportaron información sobre 131 sitios muestreados en todo el país. A través de sus contribuciones, los ciudadanos científcos reconocieron las problemáticas ambientales más comunes, que incluyen el uso del suelo que rodea al sitio, la calidad de la vegetación de ribera y la presencia de basura. Aunque es importante conocer y reconocer las limitaciones del uso de herramientas digitales masivas para recolectar datos con fnes científcos, se las debe entender como un complemento de las técnicas tradicionales de monitoreo, que pueden enriquecer las distintas etapas de los estudios de investigación.Citizen science, or participatory science, is the process by which the general public actively contributes with scientific projects. Citizen science projects have proliferated in the few last decades thanks to the Internet and are proving to be a great complement to the more “traditional” environmental monitoring efforts. AppEAR (an app to evaluate the aquatic habitats) states as its main objective to map the status of the habitat of continental waterbodies, with a primary focus on its shores and coasts, within a citizen science framework. It consists of a free mobile app that allows users to evaluate the habitat quality of rivers, streams, lakes and estuaries from their mobile devices, by means of questionnaires and photographs. The app also includes educational material and games, related to the characteristics and caring of the continental waterbodies. In its first year, the AppEAR project incorporated about 460 users who sent information of nearly 131 sampling sites throughout the country. Through their efforts, citizen scientists reported as their main environmental concerns the degradation of the land use around the sites, the quality of the riparian vegetation and the presence of debris or garbage. Even though it is important to recognize the limitation of these digital tools for massive data recollection for scientific purposes, they should be considered as a complement for the more traditional monitoring efforts, that can enrich the different stages in research projects.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet"Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica

Consecuencias de las modificaciones en la escorrentía y temperatura, relacionadas con los cambios globales, sobre el biofilm de sistemas lóticos pampeanos

Los ríos están amenazados por presiones socioeconómicas que alteran los usos del suelo y el clima degradando las condiciones ambientales, por ende afectando la calidad del agua y la hidrología de estos ecosistemas. Aproximadamente el 40% de la superficie terrestre está ocupada por cultivos y pasturas, y el uso de fertilizantes que contienen fósforo y nitrógeno se ha incrementado entre dos y siete veces respectivamente en los últimos 40 años. Estos cambios forman parte de lo que se conoce como “cambios globales”, cuya definición abarca la combinación de cambios climáticos (tales como alteración de los patrones de precipitación y temperatura, variaciones en el CO2 atmosférico, etc.), y de cambios en el uso de la tierra (como el aumento en el uso de fertilizantes, aumento de la urbanización, etc.). Por lo tanto es esperable de acuerdo con los futuros escenarios de cambios climáticos que los cursos de agua sufran cambios de distinta magnitud, dependiendo el área del planeta que se analice. En el caso de la región pampeana estos incluirían de acuerdo con los pronósticos aumentos en la escorrentía y temperatura que acarrearán aumentos de nutrientes, sólidos en suspensión y de la velocidad de la corriente. De acuerdo con los descriptores analizados en las experiencias in situ y ex situ realizadas en esta tesis, fue posible comprobar algunos de los efectos pertinentes a estas problemáticas en sistemas lóticos pampeanos. En esta tesis se focalizó el interés en el desarrollo y las características del biofilm epipélico, que recubre los sedimentos finos del lecho de los cursos de agua pampeanos. Esta microcomunidad está modulada por muchos factores, entre los que se incluyen las concentraciones de nutrientes inorgánicos, la luz, temperatura, el sustrato, la herbivoría, la velocidad de la corriente y las características de las partículas transportadas por el flujo, entre otros. Por lo tanto, las presiones originadas por los cambios globales pueden tener efectos significativos sobre el desarrollo de este tipo de biofilm. El objetivo general de la presente tesis fue estudiar los cambios en la estructura y funcionamiento de los biofilms epipélicos de cursos de agua de la llanura pampeana expuestos a las consecuencias relacionadas con algunos de los efectos de los cambios globales. Para esto se realizaron experiencias in situ y ex situ con la finalidad de contrastar hipótesis vinculadas al incremento de nutrientes, temperatura, turbidez y velocidad de la corriente, como algunas de las variables que podrán ser afectadas en el marco de estos cambios. Para cumplir esta finalidad se realizó una experiencia de adición de nutrientes en campo y dos experiencias de laboratorio en canales artificiales. La experiencia de adición experimental de nutrientes (fósforo y nitrógeno) se realizó en un tramo de un arroyo pampeano (denominado tramo Impacto), y se comparó con un tramo del mismo arroyo sin modificar (denominado tramo Control). Ambos tramos fueron muestreados por 9 meses previamente a la adición experimental de nutrientes y durante 12 meses durante la adición continua de nutrientes. En esta experiencia, llevada a cabo en el Arroyo “La Choza” de la localidad de Luján, se estudiaron las variaciones en las biomasas algales y bacterianas y la producción de enzimas relacionadas con la degradación de materia orgánica (β-glucosidasa) y con la adquisición de nutrientes (fosfatasa). Para esta fertilización se buscó generar un enriquecimiento moderado, triplicando los niveles basales del arroyo de fósforo y nitrógeno, para lo que se adicionó fertilizante de uso comercial (Nitrofoska Azul ® 12%P, 12%N). Entre los resultados obtenidos, se observó un aumento progresivo de la biomasa algal seguido por aumentos graduales de la biomasa bacteriana. Esto sugiere que las bacterias basan su consumo preferentemente en los productos autotróficos (ej.: carbono) mientras que el consumo de nutrientes inorgánicos tanto como para algas como para bacterias es reducido. Por otro lado, la falta de respuesta de las enzimas analizadas a la adición de nutrientes, y su baja concentración en el arroyo, demuestran que el biofilm no es estimulado por estas condiciones para producirlas. Esto es consistente con los arroyos donde los nutrientes no son limitantes, y su adquisición resulta simplificada. Las dos experiencias en laboratorio se llevaron a cabo empleando canales artificiales. Una se realizó con un biofilm proveniente de un arroyo con bajo impacto antropogénico (valores promedio de Fósforo Reactivo Soluble (PRD) 0,37 mgL-1; Nitrógeno Inorgánico Disuelto (NID) 0,22 mgL-1, DBO5 6 mgL-1, DQO 15 mgL-1, OD 7,70 mgL-1) y otra con uno procedente de un arroyo con alto impacto antropogénico (valores promedio de PRS 2,24 mgL-1; NID 1,85 mgL-1, DBO5 46 mgL-1, DQO 105 mgL-1, OD 5,28 mgL-1). El biofilm de ambos arroyos se desarrolló en los canales y se les aplicó dos tipos de tratamientos (TB: tratamiento bajo y TA: tratamiento alto). Estos consistieron en incrementar los nutrientes en el agua (fósforo y nitrógeno), la turbidez, la velocidad de la corriente y la temperatura de acuerdo con las predicciones planteadas en los escenarios de cambio global. El tratamiento TA recibió un mayor incremento de esas variables que el tratamiento TB, y ambos tratamientos fueron comparados con canales control (C). Cada tratamiento y control fue realizado por triplicado, y el agua de los canales artificiales fue provista por el mismo arroyo de donde se colectaron los biofilms. Las experiencias de laboratorio presentadas en esta tesis trataron de demostrar que el efecto combinado del aumento de la velocidad de la corriente, nutrientes, turbidez y temperatura, favorecen un mayor desarrollo y actividad en la comunidad biológica. Los principales resultados evidencian que la composición de especies del biofilm es alterada cuando es expuesta a los efectos simultáneos de estos cuatro estresores asociados a los cambios globales en la llanura pampeana. La disminución de especies de diatomeas oligotróficas y oligosaprobicas en el experimento con biofilms del arroyo con bajo impacto antropogénico indica que el ensamble es afectado por los tratamientos. En esa misma experiencia, la diversidad y la riqueza específica disminuyeron en los tratamientos más intensos del experimento, sugiriendo que dicha comunidad es más sensible que la desarrollada en el experimento con biofilms del arroyo mas impactado. Sin embargo, otras variables estructurales y metabólicas que caracterizan el biofilm en general – tales como el contenido de clorofila “a”, la biomasa bacteriana, los carbohidratos totales y el peso seco libre de cenizas– no evidenciaron diferencias significativas a causa de los estresores estudiados. Hay que considerar que las pequeñas variaciones debidas a los tratamientos pueden ser importantes para la escala de tiempo empleada, e incluso la estructura de las comunidades fue alterada hasta la significancia estadística. Por ejemplo, las proporciones de especies de diatomeas, al ser clasificadas por su consumo del nitrógeno, saprobiedad y estado trófico, sufrieron pequeñas modificaciones en el corto plazo de las experiencias. Estos cambios estructurales en estas comunidades fueron mayores en aquella que provenía de un arroyo con un menor impacto antropogénico, como es esperable a comunidades menos tolerantes. Estos cambios parecen sutiles, pero resultan amplios si se considera la escala temporal y espacial utilizada. Los cambios globales ejercen sus efectos a escalas temporales y espaciales mucho mayores a las utilizadas en estos ensayos, y la cantidad de variables a considerar para su estudio apropiado es muy vasta. Pero es mediante el estudio a escalas pequeñas que se puede llegar a una mejor comprensión de la dinámica interna de esta microcomunidad y de los efectos que tienen las variables que influencian su desarrollo. De acuerdo con los resultados obtenidos en esta tesis es posible reconocer que los arroyos pampeanos demuestran una resistencia al cambio que se manifiesta a través de respuestas diferidas o de pequeños cambios visibles a diferentes escalas. En síntesis, la mayor parte de las hipótesis planteadas en esta tesis fueron rechazadas. Por lo cual el efecto de los enriquecimientos con nutrientes puede ser menos predecible en sistemas con altas concentraciones basales de nutrientes, como es el caso de los arroyos pampeanos, naturalmente enriquecidos. Referencias bibliográficas acreditan que estos arroyos muestran una red trófica muy compleja y compartimentalizada, y esa complejidad sería una de las causas que amortiguarían la transferencia potencial de los efectos de las adiciones de nutrientes. Estos resultados indican que el amplio rango de medidas que pueden reducir los efectos de la eutrofización en arroyos debería incluir la planificación de los usos del suelo, particularmente los usos urbanos y agrícolas, reconocidos como las principales fuentes de nutrientes que pueden ingresar a los arroyos.Facultad de Ciencias Naturales y Muse

Effects of pulse and press additions of salt on biofilms of nutrient-rich streams

Chronic and pulse increments of salinity can cause different consequences on the aquatic communities, and its effects are related to factors such as the magnitude, frequency and ionic composition, as well as on the baseline salt concentrations in the water. The aim of this study was to explore the responses of the biofilms from a nutrient-rich stream to both pulse and chronic additions of salt, along with their recovery after the stressor had been removed. For this purpose, a microcosm study was conducted exposing biofilms to water enriched with sodiumchloride in two treatments (press and pulse), and comparing the changes in the biofilm with control microcosms without salt additions. The experiment lasted 72 h, and the variables measured included bacterial density, chlorophyll-a concentration, community composition, total carbohydrate content, oxygen consumption and the percentage of nuclear alterations in diatoms. Both treatments resulted in a decrease in the bacterial density of the biofilm and in oxygen consumption; the chronic treatment in particular also caused an increased percentage of nuclear abnormalities in the diatom assemblage. The biofilm recovered to control levels after the treatments had been discontinued for 72 h. We concluded that the biofilms can be altered significantly under both chronic and pulse additions of salt even after a short-term exposure, and that the community can recover if the stressor is withdrawn.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet

Delayed response of microbial epipelic biofilm to nutrient addition in a Pampean stream

In streams and rivers, the first organisms which directly receive and respond to nutrients are primary producers (algae, macrophytes) and microbial heterotrophs (bacteria, fungi) since they rely on available inorganic nutrients from the water column. The aim of the present study was to analyze the response of the epipelic microbial biofilm in a Pampean stream submitted to a continuous input of inorganic nutrients (nitrogen and phosphorus). For this purpose, we measured the effects of moderate nutrient addition during 14 mo on the epipelic biofilm community of a meso-eutrophic stream that runs through the Pampean plain. The effects of nutrient enrichment were tested by analyzing the difference in algal and bacterial biomass and 2 extracellular enzymatic activities (β;-glucosidase, phosphatase) at an enriched reach compared with those measured at an unmodified upstream reach. Overall, the response of the epipelon of this Pampean stream produced a slow and delayed effect on algal biomass increases, which might result in a delayed effect on the increase of bacterial densities. Neither phosphatase activity nor β;-glucosidase activity exhibited significant changes due to nutrient addition. This may be due to the fact that the phosphatase activities measured were basal activities, uninhibited by enrichment, and that the epipelic β;-glucosidase activity was regulated more by substrate availability than by any nutrient imbalance. Although changes are slow, if some of these changes were to become chronic, they would affect the functioning and services of the whole stream ecosystem.Instituto de Limnología "Dr. Raul A. Ringuelet

An index to assess the habitat quality in Southern Coastal Fringe of the Río de la Plata and its relations with other environmental indicators

La valoración ambiental de las riberas es una tarea necesaria para conocer el estado ecológico de los cursos de agua, lo cual permite evaluar los méritos de eventuales experiencias de manejo, impactos antropogénicos o bien detectar problemas ambientales de forma temprana. En tal sentido, el objetivo de este estudio fue desarrollar una metodología para evaluar la calidad del hábitat de la Franja Costera Sur del Río de la Plata. La información obtenida de 21 sitios de muestreo, visitados entre los años 2005 y 2008, fue resumida y simplificada en un índice, denominado Índice del Hábitat para el Río de la Plata (IHRPlata). Para obtener el índice se requiere evaluar cuatro descriptores: 1) sucesión espacial de la vegetación costera, 2) modificaciones costeras por introducción de infraestructuras, 3) ocurrencia de residuos en la línea de costa, y 4) indicadores biológicos de déficit de oxígeno. Según los valores del IHRPlata obtenidos, 32% de los casos analizados revelaron una calidad del hábitat muy buena, 20% buena, 24% moderada, 18% mala y 6% muy mala. Los valores del índice alcanzaron correlaciones significativas con parámetros relacionados con la calidad del agua y con indicadores de la calidad biótica, lo que fortalece su utilidad para evaluar la calidad del hábitat costero.Evaluating the coastal environment is a necessary task to assess the ecological status of water bodies, which allows to determine the merits of management programs, anthropogenic impacts, or to detect early signs of environmental impacts. To this purpose, the objective of this research was to develop a methodology to assess the habitat quality in the Franja Costera Sur of the Río de la Plata. The information obtained from 21 sampling sites, visited from 2005 to 2008, is summarized and simplified in an index, named the Habitat Index for the Río de la Plata (IHRPlata). To obtain the index four separate descriptors are to be evaluated: 1) the spatial succession of the vegetation, 2) any man-introduced infrastructures in the coast, 3) the presence of litter and debris in the coastline, and 4) the visualization of biological indicators that imply oxygen deficit. According to the obtained values for the IHRPlata, 32% of the analyzed cases revealed a very good habitat quality, 20% good, 24% moderate, 18% bad and 6% very bad habitat quality. The obtained values were also significantly correlated with parameters related to water quality and to biotic indicators, which strengthens its usefulness to evaluate the coastal habitat.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet

Delayed response of microbial epipelic biofilm to nutrient addition in a Pampean stream

In streams and rivers, the first organisms which directly receive and respond to nutrients are primary producers (algae, macrophytes) and microbial heterotrophs (bacteria, fungi) since they rely on available inorganic nutrients from the water column. The aim of the present study was to analyze the response of the epipelic microbial biofilm in a Pampean stream submitted to a continuous input of inorganic nutrients (nitrogen and phosphorus). For this purpose, we measured the effects of moderate nutrient addition during 14 mo on the epipelic biofilm community of a meso-eutrophic stream that runs through the Pampean plain. The effects of nutrient enrichment were tested by analyzing the difference in algal and bacterial biomass and 2 extracellular enzymatic activities (β;-glucosidase, phosphatase) at an enriched reach compared with those measured at an unmodified upstream reach. Overall, the response of the epipelon of this Pampean stream produced a slow and delayed effect on algal biomass increases, which might result in a delayed effect on the increase of bacterial densities. Neither phosphatase activity nor β;-glucosidase activity exhibited significant changes due to nutrient addition. This may be due to the fact that the phosphatase activities measured were basal activities, uninhibited by enrichment, and that the epipelic β;-glucosidase activity was regulated more by substrate availability than by any nutrient imbalance. Although changes are slow, if some of these changes were to become chronic, they would affect the functioning and services of the whole stream ecosystem.Instituto de Limnología "Dr. Raul A. Ringuelet