Un método de bajo costo para medir la productividad primaria in situ de las comunidades de perifitón de las aguas lénticas
Summary
Aquí se presenta un método / instalación rentable y transportable para medir la productividad primaria de las esteras microbianas en condiciones reales de temperatura ambiental y luz in situ . La configuración experimental se basa en materiales ampliamente disponibles y se puede utilizar en diversas condiciones, al tiempo que ofrece las ventajas de los modelos basados en laboratorio.
Abstract
La medición de la productividad primaria in situ del perifitón durante el gradiente de la temporada de crecimiento puede dilucidar el efecto cuantitativo de los impulsores ambientales (principalmente la concentración de fósforo y la intensidad de la luz) y la composición de las especies en la productividad primaria. La productividad primaria es impulsada principalmente por la intensidad de la luz, la temperatura, la disponibilidad de nutrientes y la distribución de las especies iónicas del sistema carbonatado en las profundidades respectivas de la zona eufótica. Es un sistema complejo que es muy difícil de simular en el laboratorio. Esta barcaza flotante barata, transportable y fácil de construir permite medir la productividad primaria de forma precisa y directa en las condiciones naturales reales. La metodología se basa en medir la productividad primaria en tiempo real utilizando sensores de oxígeno no invasivos integrados en frascos de vidrio herméticamente sellados, lo que permite el monitoreo del flujo de oxígeno en línea y proporciona nuevos conocimientos sobre las actividades metabólicas. Las mediciones estacionales detalladas in situ de la productividad primaria bruta de las esteras microbianas (u otros organismos bentónicos) pueden mejorar el conocimiento actual de los procesos que controlan la dinámica de la productividad primaria en las aguas lénticas.
Introduction
La productividad primaria es la única entrada de carbono autóctono en los sistemas acuáticos que forman toda la red alimentaria del sistema1. Por lo tanto, la estimación precisa de la productividad primaria es un paso esencial hacia la comprensión del funcionamiento de los ecosistemas acuáticos. Las zonas litorales son áreas de alta productividad primaria y biodiversidad. Además del fitoplancton, se supone que el perifitón (en lo sucesivo denominados esteras microbianas) y las macroalgas contribuyen significativamente a la productividad primaria en las zonas litorales2. Debido a su estilo de vida sésil y su significativa heterogeneidad espacial, la cuantificación de la productividad primaria no es trivial.
La productividad primaria es impulsada principalmente por la intensidad de la luz, la temperatura, la disponibilidad de nutrientes y la distribución de las especies iónicas del sistema carbonatado en las respectivas profundidades de las zonas eufóticas 3,4. La profundidad influye notablemente en la distribución espacial de las esteras microbianas. Las comunidades microbianas deben hacer frente a los efectos adversos de la alta irradiación y las pronunciadas variaciones estacionales de temperatura en profundidades poco profundas y con menor intensidad de luz a mayores profundidades. Además del gradiente de profundidad, las interacciones tróficas dinámicas generan patrones espaciales múltiples y complejos a diferentes escalas5. Este complejo sistema es complicado de simular en el laboratorio. La forma más precisa de inferir la actividad metabólica de los productores primarios individuales a partir de zonas litorales es establecer experimentos in situ.
La metodología introducida en este trabajo se basa en el método tradicional de cámara 2,6,7, junto con una barcaza flotante de bajo costo transportable y fácil de construir. Esto permite la medición de la productividad primaria a diferentes profundidades bajo el espectro de luz natural, la temperatura y la diferente distribución de las especies iónicas del sistema carbonato con la profundidad. El método se basa en el principio de oxígeno de botella claro versus oscuro, que se empleó por primera vez para medir la fotosíntesisdel fitoplancton 6 y todavía se usa comúnmente 6,7. Compara la tasa de cambio en el oxígeno en las botellas mantenidas en la luz (que incluye los efectos de la productividad primaria y la respiración) con las que se mantienen en la oscuridad (solo respiración)8. El método utiliza la evolución del oxígeno (fotosíntesis) como un proxy para la productividad primaria. Las variables medidas son la productividad neta del ecosistema (NEP, como un cambio en la concentración de O2 a lo largo del tiempo en condiciones de luz) y la respiración del ecosistema (RE, como un cambio en la concentración deO2 a lo largo del tiempo en la oscuridad). La productividad bruta del ecosistema (GEP) es el cálculo de la diferencia entre los dos (Tabla 1). El término “ecosistema” se utiliza aquí para denotar que el perifitón está compuesto de organismos autótrofos y heterótrofos. La mejora más significativa de este método de cámara tradicional es el uso de sensores ópticos de oxígeno no invasivos y la optimización de este método principalmente planctónico para medir la productividad primaria perifítica.
La técnica se describe en el ejemplo de medición de esteras microbianas en la zona litoral de lagos post-minería recién emergidos en la República Checa: Milada, Most y Medar. La actividad metabólica de las esteras microbianas se determina mediante la medición directa in situ de los flujos deO2 realizada directamente a profundidades específicas, donde las comunidades estudiadas ocurren naturalmente. La actividad heterótrofa y fototrófica se mide en botellas de vidrio cerradas equipadas con sensores ópticos de oxígeno no invasivos. Estos sensores detectan la presión parcial de oxígeno utilizando la fluorescencia de tintes sensibles a la luz. Las botellas con esteras microbianas se suspenden y se incuban en un dispositivo flotante a las profundidades adecuadas. La concentración de oxígeno dentro de las botellas se midió continuamente durante el período de luz del día desde el pequeño bote.
Los buzos recolectan muestras de esteras microbianas intactas y las colocan en botellas de incubación herméticas al gas a profundidades designadas. Cada botella está equipada con un microsensor óptico de oxígeno no invasivo, que monitorea la productividad/consumo deO2 a lo largo del tiempo. Todas las mediciones se realizan en cinco pares de réplica de oscuridad / luz en cada profundidad. La temperatura y las intensidades de radiación fotosintéticamente activa (PHAR) se miden a profundidades respectivas a lo largo de la incubación. Después de 6 h de incubación in situ (horas de luz), las esteras microbianas se cosechan de las botellas y se secan. Los flujos deO2 se normalizan a biomasa microbiana. Como control, los flujos se corrigen para detectar cambios en la concentración de O2 en botellas separadas de gas hermético claro y oscuro (controles en blanco) que contienen agua de lago sin biomasa microbiana. A continuación se presentan instrucciones detalladas para construir la barcaza flotante y realizar todo el experimento paso a paso. Este artículo también presenta resultados representativos de las mediciones de esteras microbianas a dos profundidades (1 m y 2 m), con cinco réplicas a cada profundidad. La temperatura real y la intensidad de la luz se midieron durante todo el experimento utilizando registradores de datos.
Protocol
Representative Results
Discussion
La metodología descrita en este trabajo se basa en el principio de la técnica de oxígeno de botella clara y oscura en combinación con la técnica no invasiva de medir la concentración deO2 utilizando sensores ópticos de oxígeno. Este sistema permite la medición paralela de diferentes configuraciones de incubación, ya que la fibra óptica para medirO2 se puede mover rápidamente de una botella a otra. Las comunidades bentónicas de diversas profundidades pueden diferir en composición taxon?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por la Fundación Checa de Ciencias (GACR 19-05791S), RVO 67985939, y por el CAS dentro del programa de la Estrategia AV 21, Ahorro y recuperación de tierras. Muchas gracias a Ondřej Sihelský por tomar las fotos en el campo, sin él, la filmación habría sido un infierno. El proyecto no sería posible sin una estrecha cooperación con las empresas, Palivový Kombinát Ústí s.p. y Sokolovská Uhelná, que proporcionaron acceso a las localidades estudiadas.
Materials
| Aluminum angle L profile 40 x 40 mm x 3 mm, length 2,000 mm | |||
| Aluminum flat bar 40 x 3 x 350 mm | |||
| Bucket 15 L with concrete infill | |||
| Carabine hook with screw lock 50 x 5 mm | |||
| electric tape black | |||
| Extruded polystyrene (XPS) material 500 x 200 x 150 mm | |||
| Fibox 3 LCD trace | PreSens Precision Sensing GmbH | stand-alone fiber optic oxygen meter | |
| Hondex PS-7 Portable Depth Sounder | Hondex – Honda Electronics | to measures distances through water – to bottom depth measurement; https://www.honda-el.net/industry/ps-7e | |
| KORKEN – glass tight-seal jar 0.5 L | IKEA | incubation bottles; https://www.ikea.com/cz/en/p/korken-jar-with-lid-clear-glass-70213545/ | |
| metal hook | |||
| Oxygen Sensor Spot SP-PSt3-NAU-D5 | PreSens Precision Sensing GmbH | non-invasive optical oxygen sensor for measurements under Real Conditions | |
| SCOUT infantable canoe | GUMOTEX | https://www.gumotexboats.com/en/scout-standard#0000-044667-021-13/11C | |
| Screw 10 x 170 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with hexagonal nuts | |||
| Screw 4 x 15 mm with wing nuts | |||
| Snap hooks 50 x 5 mm | |||
| Steel Carabine hook 50 x 5 mm | |||
| Steel chain with wire diameter 3 mm, inside link 5.5 x 26 mm | |||
| Steel chain, 5 m | |||
| toothbrush | |||
| tweezer | |||
| Washer 10 x 50 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm | |||
| Washer 4 x 10 mm |
References
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