Como PO
Como PO
Como PO
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
LIMNOLOGÍA BÁSICA 2012<br />
Ciclo del Fósforo<br />
• Relevancia<br />
• Características<br />
• Fuentes<br />
• Formas y concentraciones<br />
• Procesos<br />
• Perfiles<br />
• Reciclaje<br />
• Fósforo en sedimentos<br />
• Ciclo<br />
• Espiral de nutrientes<br />
• Eutrofización
CLASIFICACIÓN DE COMPUESTOS<br />
PRESENTES EN EL AGUA<br />
DISUELTO DISUELTO GASES GASES O2, O2, CO2, CO2, N2 N2 N2<br />
NO NO GASEOSO GASEOSO inorgánico:<br />
inorgánico:<br />
iones<br />
iones<br />
(sales)<br />
(sales)<br />
orgánico: orgánico: MOD MOD (prod. (prod. descomp.<br />
descomp.<br />
sust. sust. húmicas)<br />
húmicas)<br />
PARTICULADO PARTICULADO VIVO VIVO organismos organismos PLANCTON<br />
PLANCTON<br />
DETRITICO DETRITICO orgánico: orgánico: MOP MOP TRIPTON<br />
TRIPTON<br />
inorgánico:<br />
inorgánico:<br />
sales sales pr.<br />
pr.<br />
SESTON<br />
SESTON
Transformación de energía<br />
en fotofosforilación durante<br />
fotosíntesis<br />
RELEVANCIA DEL FÓSFORO
Ácidos nucleicos, ATP,<br />
fosfolípidos<br />
Esencial para el crecimiento<br />
puede almacenarse en<br />
gránulos de polifosfato<br />
RELEVANCIA DEL FÓSFORO<br />
Baja concentración ambiental<br />
Generalmente limita el crecimiento
RELEVANCIA DEL FÓSFORO<br />
Es el elemento más escaso de la corteza terrestre de<br />
los requeridos por los productores limitante.<br />
Zona experimental de lagos (Canadá)<br />
Antes de enriquecimiento<br />
Después de enriquecimiento<br />
C + N<br />
C + N + P
RELEVANCIA DEL FÓSFORO<br />
Es el elemento más escaso de la corteza terrestre de<br />
los requeridos por los productores limitante.
RELEVANCIA DEL FÓSFORO<br />
Es el elemento más escaso de la corteza terrestre de<br />
los requeridos por los productores limitante.<br />
106C:16N:1P<br />
N lim<br />
P lim
CARACTERÍSTICAS DEL CICLO DE FÓSFORO<br />
Ciclo modificado por aporte<br />
artificial de P.<br />
La única forma de P importante es el <strong>PO</strong> 4<br />
(ortofosfato); alta energía de formación (306 kcal mol -<br />
1 ) difícil su reducción.<br />
El <strong>PO</strong> 4 se recicla rápidamente; ésteres lábiles.<br />
Alta tasa de renovación en el epilimnion.<br />
Fase importante en los sedimentos; escasa reserva<br />
atmosférica.
ORIGEN NATURAL<br />
a. Escaso en zonas cristalinas.<br />
FUENTES DE FÓSFORO<br />
b. Más abundante en regiones sedimentarias ricas en materia orgánica.<br />
ORIGEN ARTIFICIAL<br />
Efluentes domésticos e industriales<br />
-Excreciones del metabolismo animal (humano). Un adulto excreta<br />
normalmente entre 1.0 y 1.6 g de P por día (hasta 2 en zonas<br />
tropicales).<br />
-Detergentes. PT en aguas servidas varia entre 2.2 y 4 g P/cap.d. El<br />
contenido de fósforo en detergentes varía 5 - 9 %.<br />
Fertilizantes agrícolas. Depende de los usos del suelo y la geología.<br />
Exportación de P mayor en bosques artificiales, pasturas y áreas<br />
agrícolas (cuencas sedimentarias).<br />
Precipitación seca (material particulado). No es una fuente importante<br />
excepto en zonas industrializadas.
FUENTES DE FÓSFORO
FORMAS Y CONCENTRACIONES DE FÓSFORO<br />
CUENCA<br />
Aportes naturales y<br />
Precipit. Seca; Lluvia<br />
humanos Disuelta Particulada<br />
Inorgánica<br />
SEDIMENTO<br />
FÓSFORO<br />
INORGÁNICO<br />
DISUELTO<br />
FÓSFORO<br />
ORGÁNICO<br />
DISUELTO<br />
(<strong>PO</strong>D)<br />
Retención<br />
Liberación<br />
BIOTA<br />
(<strong>PO</strong>P)<br />
DETRITUS<br />
(<strong>PO</strong>P detr.)<br />
ATMÓSFERA<br />
Orgánica
FORMAS Y CONCENTRACIONES DE FÓSFORO<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
<strong>PO</strong>D<br />
Descomposición<br />
Desc./Asim.<br />
BIOTA<br />
(<strong>PO</strong>P)<br />
DETRITUS<br />
(<strong>PO</strong>P detr.)<br />
PT ... Fósforo inorgánico disuelto (5 %)<br />
... Fósforo orgánico (95 %) (<strong>PO</strong>D < 5%)
FORMAS Y CONCENTRACIONES DE FÓSFORO<br />
PIP<br />
<strong>PO</strong>P<br />
PTD<br />
PT<br />
Ortofosfato<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
Fosfato<br />
Ortofosfato<br />
P Reactivo Soluble
FORMAS Y CONCENTRACIONES DE FÓSFORO<br />
CONCENTRACION <strong>PO</strong> <strong>PO</strong>4 El fósforo en solución depende de la restante composición<br />
mineral del agua, principalmente de la concentración de<br />
Calcio Calcio.<br />
<strong>PO</strong> 4: 1-10 µg l -1 ; PT: 90-150<br />
µg l -1 )<br />
Valores <strong>PO</strong> 4 mayores (> 30<br />
µg l -1 ) son en general<br />
consecuencia de aportes<br />
humanos.
PERFILES DE FÓSFORO
• Reciclaje de <strong>PO</strong> 4 en el epilimnion.<br />
• Incorporación (Biota) y liberación (MO) (<strong>PO</strong>P <br />
<strong>PO</strong> 4).<br />
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
PROCESOS QUE INTERVIENEN EN EL CICLO DEL FOSFORO<br />
• Precipitación de <strong>PO</strong> 4 al sedimento.<br />
• Liberación de <strong>PO</strong> 4 desde el sedimento.
K 1 =0.9 min -1<br />
K 2=0.022 min -1<br />
K 4=0.0017 min -1<br />
K 5=K 2x70<br />
K 6=0<br />
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Reciclaje en el epilimnion<br />
RECICLADO
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Reciclaje en el epilimnion<br />
Tiempo de renovación del <strong>PO</strong> 4 en aguas dulces<br />
Lago Minutos Fuente
Crecimiento<br />
Incorporación<br />
concentración<br />
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Incorporación de fosfato (<strong>PO</strong> 4)<br />
- Crecimiento acoplado<br />
- No limitación<br />
biomasa<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
tiempo<br />
- Limitación, estrés o<br />
estado deficiente<br />
- No incorporación<br />
- No crecimiento<br />
µ: OK µ = 0<br />
tiempo<br />
- Crecimiento<br />
desacoplado a la<br />
incorporación<br />
1º 2º<br />
µ?<br />
tiempo
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Incorporación de fosfato (<strong>PO</strong> 4)<br />
Rigler (1956): incorporación de <strong>PO</strong> 4<br />
método molibdato tiene un límite analítico<br />
marcó un lago completo con 32 P y midió desaparición:<br />
Zona experimental de lagos (Canadá)<br />
Rigler (1956):<br />
<strong>Como</strong> <strong>PO</strong> 4 es indetectable por métodos colorimétricos<br />
marcó un lago completo con 32 P
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Incorporación de fosfato (<strong>PO</strong> 4)<br />
Rigler (1956): incorporación de <strong>PO</strong> 4<br />
método molibdato tiene un límite analítico<br />
marcó un lago completo con 32 P (!!) y midió desaparición:<br />
[ 32 <strong>PO</strong> 4]<br />
externo<br />
tiempo<br />
incorporación de 32 <strong>PO</strong> 4 cesa a<br />
[<strong>PO</strong> 4] externo estacionario (nM)
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Incorporación de fosfato (<strong>PO</strong> 4)<br />
Modelo clásico<br />
Incorporación de nutrientes y<br />
crecimiento<br />
• Cinética de Michaelis-Menten<br />
• Medio externo variable –<br />
propiedades cinéticas específicas<br />
Competencia por recursos<br />
Modelo alternativo<br />
<strong>Como</strong> la reacción es reversible <br />
se alcanza un valor de equilibrio o<br />
valor umbral: ≠0<br />
Velocidad S<br />
<br />
Organismos poseen parámetros adaptables<br />
tendientes al óptimo. Modelo no competitivo<br />
0<br />
V Smax<br />
Cinética enzimática<br />
de incorporación<br />
K S [Sustrato]<br />
S e + C CS e CS i C + S i<br />
membrana
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
Precipitación de <strong>PO</strong> 4 al sedimento:<br />
Hipolimnion oxigenado<br />
Sedimentación de P<br />
en detritus<br />
orgánicos<br />
Sedimentación<br />
directa de sales<br />
minerales con P<br />
(Ca)<br />
SEDIMENTO<br />
Co-Precipitacion de<br />
<strong>PO</strong> 4 con Fe (Mn, Al)<br />
Eh<br />
oxidativo
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
ADsorción y liberación de <strong>PO</strong> 4 en sedimento:<br />
Condiciones<br />
Aeróbicas<br />
Fe 3+ (OH) 3<br />
Férrico<br />
MICROCAPA OX.<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
ADSORCIÓN<br />
Flóculos (Fe 3+ (OH) 3-<strong>PO</strong> 4)<br />
SO 4<br />
Eh<br />
~ 400 200 mV<br />
BACT<br />
Fe 2+<br />
Ferroso<br />
Condiciones<br />
Anaeróbicas<br />
<strong>PO</strong> 4 <strong>PO</strong> 4<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
H 2S 2-<br />
LIBERACIÓN DE CARGA INTERNA<br />
H 2S 2-<br />
FeS
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
ADsorción y liberación de <strong>PO</strong>4 en sedimento:<br />
Hipolimnion anóxico<br />
Condiciones<br />
Aeróbicas<br />
Fe 3+ (OH) 3<br />
Férrico<br />
MICROCAPA OX.<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
ADSORCIÓN<br />
Flóculos (Fe 3+ (OH) 3-<strong>PO</strong> 4)<br />
SO 4<br />
Eh<br />
~ 400 200 mV<br />
BACT<br />
Fe 2+<br />
Ferroso<br />
Condiciones<br />
Anaeróbicas<br />
<strong>PO</strong> 4 <strong>PO</strong> 4<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
H 2S 2-<br />
LIBERACIÓN DE CARGA INTERNA<br />
H 2S 2-<br />
FeS
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
ADsorción y liberación de <strong>PO</strong> 4 en sedimento<br />
Mortimer, C. 1971. Limnol. Oceanogr. 16:387
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
ADsorción y liberación de <strong>PO</strong> 4 en sedimento
PROCESOS - CICLO DE FÓSFORO<br />
MOBILIZACION BIOLÓGICA DE P DESDE SEDIMENTOS<br />
OXIDACIÓN DE MATERIA ORGÁNICA<br />
(bacterias anaerobicas facultativas Fe-reductoras<br />
Pseudomonas, Bacterium, Chromobacterium)<br />
CH 2O 106(HN 3) 16(<strong>PO</strong> 4) + 212Fe 2O 3 + 848H 424Fe 2 + 106CO 2 + 16NH 3 + H 3<strong>PO</strong> 4 + 530H 2O<br />
FOTOSÍNTESIS <strong>PO</strong>R ALGAS DEL SEDIMENTO<br />
(aumento de pH <strong>PO</strong> 4 unido a FeOOH sustituido por OH - )<br />
METABOLISMO BACTERIANO<br />
(liberación de formas coloidales de P <strong>PO</strong> 4 y reducen liberación por aumento de<br />
Eh por uso de NO 3 y SO 4)<br />
BIOTURBACIÓN<br />
(macroinvertebrados: aumentan P por metabolismo y disminuye por entrada de<br />
O 2)<br />
TURBULENCIA <strong>PO</strong>R GASES DEL METABOLISMO<br />
(burbujas de CO 2, CH 4)
CICLO DEL FÓSFORO
COLUMNA DE AGUA<br />
H 2 O<br />
INSTERSTICIAL<br />
SEDIMENTO<br />
ESPIRAL DE NUTRIENTES EN RÍOS<br />
Adsorción<br />
Incorporación Microbiana<br />
Precipitación<br />
Formación de complejos<br />
Resuspensión<br />
Deposición<br />
Resuspensión<br />
PARTÍCULAS<br />
ABIÓTICAS<br />
DETRITUS +<br />
MICROORG.<br />
Deposición<br />
Intercambio superficial<br />
Adsorción<br />
Adsorción +<br />
Incorporación<br />
SOLUTO<br />
STS + MICROORG.<br />
SOLUTO<br />
Incorporación<br />
Consumo<br />
Filtración<br />
INTERCAMBIO C/SUPERFICIES<br />
TRAS<strong>PO</strong>RTE<br />
Liberación<br />
Lixiviado<br />
Mineralización<br />
Solubilización<br />
TRAS<strong>PO</strong>RTE<br />
PLANTAS<br />
Herbivoría<br />
CONSUMIDORES<br />
TRAS<strong>PO</strong>RTE<br />
Exudación<br />
Excreción<br />
Wetzel (2000)
A<br />
B<br />
C<br />
D<br />
retención actividad<br />
biológica<br />
ESPIRAL DE NUTRIENTES EN RÍOS<br />
PROCESAMIENTO DEL ECOSISTEMA A LO LARGO DEL CONTINUO <br />
efecto en el reciclado de nutrientes<br />
tasa de reciclado distancia del espiral<br />
respuesta estabilidad<br />
alta alta rápido corto conserv. alta<br />
alta baja lento corto<br />
alta<br />
baja alta rápido largo Interm.<br />
conserv.<br />
ecosistema<br />
baja<br />
baja baja export. baja<br />
lento largo<br />
Wetzel 2000
Oligotrófico-Eutrófico: Weber<br />
1907/Naumann 1919<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
DEFINICIÓN:<br />
“Adición natural o artificial de nutrientes<br />
a un cuerpo de agua”<br />
Proceso Natural: envejecimiento de los<br />
ecosistemas acuáticos: trasformación en<br />
sistema terrestre.<br />
Eutrofización cultural: aporte artificial<br />
de nutrientes a un cuerpo de agua que<br />
produce un aumento de la productividad<br />
del sistema.<br />
- aumento de carga orgánica<br />
- modificación físico-química<br />
- pérdida de calidad de agua<br />
- pérdida de diversidad<br />
- aceleración del proceso natural<br />
- forma de contaminación<br />
- retroalimentación
EUTROFIZACIÓN
EUTROFIZACIÓN<br />
DETECCIÓN
Producción primaria relativa<br />
Lagos someros<br />
limitación por<br />
nutrientes<br />
macrófitas<br />
sumergidas<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
CONSECUENCIAS<br />
limitación<br />
por luz<br />
macrófitas<br />
emergentes<br />
algas<br />
epifíticas<br />
fitoplancton<br />
bajo alto<br />
gradiente de carga de nutrientes en un lago somero<br />
Modificado de Wetzel (1999)
Lagos profundos<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
CONSECUENCIAS<br />
Fitoplancton Macrófitas<br />
carga de nutrientes <br />
Scheffer & Jeppesen (1998)
Luz<br />
Oligo - Mesotrófico<br />
Condiciones<br />
Aeróbicas<br />
Fe 3+ (OH) 3<br />
Férrico<br />
MICROCAPA OX.<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
ADSORCIÓN<br />
Flóculos (Fe 3+ (OH) 3-<strong>PO</strong> 4)<br />
NO 3<br />
SO 4<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
~ 400 200 mV<br />
Eh<br />
Luz<br />
BACT<br />
Fe 2+<br />
Ferroso<br />
Eutrófico - Hipereutrófico<br />
cianobacterias<br />
<strong>PO</strong> <strong>PO</strong>4 Condiciones<br />
Anaeróbicas<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
<strong>PO</strong> 4<br />
H 2S 2-<br />
H 2S 2-<br />
BACT<br />
N 2<br />
O 2<br />
BACT<br />
NH NH4 LIBERACIÓN DE CARGA INTERNA<br />
NO 2<br />
FeS<br />
sedimento hipolimnion epilim
EUTROFIZACIÓN<br />
PROCESO
EUTROFIZACIÓN<br />
CONCEPTO DE ECOSISTEMA “FORZADO” (Margalef 1983)<br />
•Sistema que no es gobernado solamente por agentes<br />
internos al sistema.<br />
•Sistema que ha sido abierto desde el exterior, y cuya<br />
sucesión natural se ha interrumpido.<br />
•El sistema modifica su funcionamiento de manera de<br />
minimizar las consecuencias de la tensión (Principio de<br />
Le Chatelier/Braun).<br />
•La respuesta incluye:<br />
- aceleración de ciertos procesos.<br />
- segregación de materiales hacia las fronteras.<br />
•El sistema no puede explotar en exceso de producción y<br />
queda en una etapa anterior de la sucesión o colapsa.<br />
•Evolución: retorno a situación previa ó acoplamiento<br />
con el agente forzante.
EUTROFIZACIÓN<br />
CONCEPTO DE ECOSISTEMA “FORZADO” (Margalef 1983)
EUTROFIZACIÓN<br />
CONCEPTO DE ECOSISTEMA “FORZADO” (Margalef 1983)
OLIGOTROFIZACIÓN
µg L -1<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
ÍNDICES DE ESTADO: LAGOS TEMPLADOS<br />
µg L -1<br />
Índice de Carlson
P<br />
R<br />
O<br />
B<br />
A<br />
B<br />
I<br />
L<br />
I<br />
D<br />
A<br />
D<br />
D i s t r i b u c i ó n d e p r o b a b i l i d a d<br />
0.5<br />
0<br />
1<br />
ULTRA<br />
OLIGOTRÓFICO<br />
EUTROFIZACIÓN<br />
ÍNDICES DE ESTADO: LAGOS SUBTROPICALES<br />
Embalse Rincón<br />
1.0<br />
Salas & Martino 1991 del Bonete<br />
OLIGOTRÓFICO<br />
10<br />
MESOTRÓFICO<br />
94, 95, 98<br />
99<br />
EUTRÓFICO<br />
C<br />
S<br />
R, Z, P<br />
96, 97<br />
FÓSFORO TOTAL (µg l -1 )<br />
HIPERTRÓFICO
Característica CARBONO NITROGENO FOSFORO<br />
Contribución a la<br />
biomasa<br />
106<br />
(cadenas<br />
carbonatadas)<br />
16<br />
(grupos amino)<br />
1<br />
(ATP; membranas)<br />
Limitante PP Raro Común Muy común<br />
Fuentes externas<br />
principales<br />
Influencia de la<br />
actividad humana<br />
Reserva principal<br />
Cuenca; Humana<br />
Atmósfera; cuenca;<br />
humana<br />
Alta Alta Muy alta<br />
Atmósfera<br />
Sedimento<br />
Atmósfera<br />
Sedimento<br />
Formas asimilables CO2; HCO3 N2; NH4; NO3 <strong>PO</strong>4<br />
Formas liberadas CO2 NH4 <strong>PO</strong>4<br />
Relación<br />
particulado:disuelto<br />
Procesos biológicos<br />
asociados<br />
Procesos abióticos<br />
asociados<br />
COMPARACIÓN DE CICLOS<br />
1:10 1:10 20:1<br />
Fotosíntesis;<br />
Asimilación<br />
Cambios de pH<br />
Resuspensión<br />
Sistemas carbónico<br />
carbonatos<br />
Fijación atmosférica<br />
Nitrificación<br />
Desnitrificación<br />
Resuspensión<br />
Anoxia<br />
Cuenca; Humana<br />
Sedimento<br />
Alto reciclaje en<br />
epilimnion<br />
Precipitación con Fe<br />
Resuspensión<br />
Carga interna<br />
Anoxia
Resumen<br />
Resumen.<br />
•Generalidades del ciclo biogeoquímico del fósforo.<br />
•Principales reservas y formas de aporte.<br />
•Forma inorgánica y asimilable del fósforo.<br />
•Perfiles de las diversas formas.<br />
•Procesos que explican el ciclo.<br />
•Reciclaje epilimnético, precipitación y liberación desde<br />
sedimentos.<br />
•Fósforo orgánico.<br />
•Ciclo global.
Práctico Lago<br />
Jover<br />
1er turno:<br />
8:00 hs en<br />
Facultad<br />
2do turno:<br />
10:00 hs en<br />
Cno Carrasco y<br />
Av Calcagno<br />
Llevar:<br />
-Botas lluvia<br />
- Campera<br />
impermeable<br />
-Planilla
Change language