Ecología y Biogeoquímica

Interacciones entre la ecología y la biogeoquímica de las quebradas en la
Estación Biológica La Selva y áreas aledañas

Patrones en el paisaje

Patrones en La Selva

Monitoreo a largo plazo

Enriquecimiento con fosforo

Colaboradores

Publicaciones

Patrones químicos en las quebradas a nivel de paisajes in Costa Rica

Las aguas superficiales que drenan tres volcanes en Costa Rica, que varían desde inactivos a moderadamente activos a explosivos, contienen un ámplio ámbito de composiciones de solutos que reflejan en forma parcial la contribución de los diferentes tipos de aguas geotermales ricas en solutos. Principalmente tres vectores de transporte afectan el flujo de solutos de origen geotermal: convección térmica de gases volcánicos y fluidos geotermales; transporte lateral y por gravedad de los fluidos geotermales; y dispersión de cenizas, gases, y lluvia ácida por el viento. La combinación específica de vectores interacciona para producir patrones de solutos químicos y bióticos en el paisaje: taxa de algas y bacteria reflejan factores como la alta temperatura, transporte ácido por el viento o la hidrología, altas concentraciones de varios solutos, y reaciones químicas de precipitación. Muchas quebradas reciben solutos de origen geotermal con altos niveles de fósforo soluble reactivo (hasta 400 mg L^-1), un nutriente que no es tradicionalmente medido en estudios de geoquímica de aguas. La actividad geotermal a lo largo de la espina volcánica de Costa Rica provee una fuente natural de fósforo, sílica, y otros solutos, y juega un papel importante en la determinación de los patrones que emergen en el paisaje en la química de solutos de las agua superficiales y la biota acuática (Pringle et al. 1993).

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Patrones químicos en las quebradas de La Selva

Fuentes de agua subterranea geotermal del tipo sodio-cloro-bicarbonato modifican la química del agua de las quebradas que drenan la Estación Biológica La Selva.

Las quebradas que reciben aguas geotermales son ricas en solutos y se encuentran junto a quebradas pobres en solutos, que no reciben aportes geotermales. Las aguas geotermales contienen altas concentraciones de Ca, Fe, Mg, Na, Si, Cl, SO₄, fósforo soluble reactivo, y fósforo total. La mayoría de las aguas geotermales que se han identificado hasta el momento emergen cerca del término de la corrida de lava más reciente en La Selva. Las dos quebradas de mayor importancia en La Selva, el Salto y el Surá, son ambas modificadas por los aportes de aguas geotermales y sus canales principales siguen los márgenes laterales de la corrida de lava más reciente, donde se sobrepone a corridas más antiguas. Los puntos de descarga geotermal al parecer son determinados por la forma y las propiedades hidrológicas de las corridas de lava y las posibles fallas. La parte inferior de la cuenca del Salto presenta una alta variabilidad espacial en la concentración de fósforo (5-250 mg L^-1) y en la conductividad (25-440 mS cm^-1) reflejando la localización heterogénea de las fuentes geotermales. Los patrones espaciales y temporales en la limitación de nutrientes en el crecimiento de algas son controlados por la presencia / ausencia de fósforo de origen geotermal y / o las características físicas / hidrológicas del canal de la quebrada que influencia las tasas de intecambio entre el agua superficial y subterranea (Pringle 1991).

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Monitoreo de las quebradas de La Selva a largo plazo

En 1996 el proyecto inició una evaluación de 10 años de la química de solutos la cual incorpora las características geomorfológicas importantes asociadas con la escorrentía de las cuencas locales y los aportes geotermales a lo largo de los drenajes de las dos quebradas más importantes de La Selva (el Salto y el Surá). Este proyecto de largo plazo examinará las hipótesis de que los patrones espaciales y temporales en la química de solutos del agua superficial y subterranea se relaciona con los tres caracteres geomorfológicos más importantes del paisaje volcánico: (1) lavas del Pleistoceno drenadas por quebradas de fuerte gradiente que son pobres en fósforo, (2) un "quiebre en el gradiente" cerca o en los sitios donde las nacientes ricas en fósforo emergen, y (3) áreas aluviales de bajura drenadas por quebradas de gradiente suave que son comúnmente ricas en fósforo. Además, estudios orientados a los procesos en el Salto permitirán relacionar la química de solutos con datos de transporte en sitios representativos de la geomorfología del paisaje o del ecosistema. (Mapa de La Selva)

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Enriquecimiento con fosforo a largo plazo

A pesar de que el fósforo es uno de los componentes pricipales del agua subterránea modificada geotermalmente, no es el unico soluto. El agua subterránea también es rica en Si, Ca, Mg, SO4 y otros solutos (Pringle 1991). Para poder aislar la influencia del fósforo en ausencia de otros solutos, estamos evaluando los efectos de un enriquecimiento in situ a largo plazo (3 yrs) con fósforo a una quebrada completa.
En Julio de 1998 iniciamos el experimento a largo plazo agregando fósforo a una quebrada de segundo orden pobre en fósforo (Carapa) para evaluar los impactos en las comunidades de insectos acuáticos.

Estamos evaluando las siguientes hipótesis:

Un enriquecimiento experimental con fósforo a una quebrada pobre en fósforo resultará en un aumento en las tasas de: respiración microbiana, descomposición de hojarasca, acumulación de biomasa de bacterias y de hongos, de crecimiento en insectos, asi como aumento en la productividad secundaria de los insectos.
En condiciones de alto fósforo (>25 µg SRP/L), el nitrógeno será el nutriente limitante para la respiración microbiana, descomposición de hojarasca, acumulación de biomasa de bacterias y de hongos, de crecimiento en insectos, asi como para la productividad secundaria de los insectos.

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Publicaciones:
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Duff, J. H., C. M. Pringle and F. J. Triska. 1996. Denitrification in sediments of a lowland tropical stream draining swamp forest. Biogeochemistry 33: 179-196.

Eklund, T. J., W. McDowell, and C. M. Pringle. 1997. Seasonal patterns in tropical precipitation chemistry: La Selva, Costa Rica. Atmospheric Environment. 31: 3903-3910.

Genereux, D. and C. M. Pringle. 1997. Chemical mixing model of streamflow generation at La Selva Biological Station, Costa Rica. Journal of Hydrology 199: 319-330.

Genereux, D., S. Wood, and C.M. Pringle. 2002. Chemical tracing of the interbasin groundwater transfer in the lowland rainforest of Costa Rica. Journal of Hydrology 258:163-178.

Pringle, C. M. 1991. Geothermal waters surface at La Selva Biological Station, Costa Rica: Volcanic processes introduce chemical discontinuities into lowland tropical streams. Biotropica 23: 523-529.

Pringle, C. M., G. L. Rowe, F. J. Triska, J. F. Fernandez and J. West. 1993. Landscape linkages between geothermal activity, solute composition and ecological response in streams draining Costa Rica's Atlantic Slope. Limnology and Oceanography 38: 753-774.

Pringle, C. M. and F. J. Triska. 1991. Effects of geothermal waters on nutrient dynamics of a lowland Costa Rican stream. Ecology 72: 951-965.

Pringle, C. M. and F. J. Triska. 1991. Variation in phosphate concentrations of small order streams draining volcanic landscapes in Costa Rica: Sources and implications for nutrient cycling, pp 70-83. In: H. Tiessen, D. Lopez-Hernandez and I. H. Salcedo (eds.) Phosphorus cycles in terrestrial and aquatic ecosystems. Regional Workshop 3: South and Central America. Organized by the Scientific Committee on Problems of the Environment (SCOPE) and the United Nations Environmental Program (UNEP), Maracay, Venezuela, l989. Turner-Warwick Communications, Saskatoon, Canada, 257 p.

Pringle, C. M. and F. J. Triska. 1996. Effects of nutrient enrichment on periphyton, pp. 607-623. In: F. R. Hauer and G. A. Lamberti (eds.) Methods in stream ecology, Academic Press, San Diego, CA, USA.

Pringle, C. M., and F. J. Triska. 2000. Emergent biological patterns in streams and surface-subsurface water interactions at landscape scales, Chapter 7, pp. 167-193. In: J. B. Jones and P. J. Mulholland (eds.) Streams and Groundwaters. Academic Press.

Pringle, C. M., F. J. Triska, and G. J. Browder 1990. Spatial variation in basic chemistry of streams draining a volcanic landscape on Costa Rica's Caribbean slope. Hydrobiologia 206: 73-86.

Triska, F. J., C. M. Pringle, G. Zellweger, J. H. Duff and R. J. Avanzino. 1993. Dissolved inorganic nitrogen composition, transformation, retention and transport in naturally phosphate-enriched and unenriched tropical streams. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences 50: 665-675.

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Ultima actualización: November 2002.