Diversidad de fitoplancton y estado de conservación de la Laguna San Rafael ubicada en el Parque Nacional Natural Puracé

Phytoplankton diversity and conservation status of the San Rafael Lagoon located in the Puracé National Natural Park

Medina Peña, Daila Xilena; Ibagón, Nicole Estefanía; Feriz García, Daniel; Pisso-Florez, Gustavo Adolfo

Daila Xilena Medina Peña

080115da@gmail.com

Fundación Universitaria de Popayán Colombia

Nicole Estefanía Ibagón

nicole.ibagon@docente.fup.edu.co

Fundación Universitaria de Popayán Colombia

Daniel Feriz García

daniferiz@hotmail.com

Fundación Universitaria de Popayán – FUP Colombia

Gustavo Adolfo Pisso-Florez

tapiflo@gmail.com

Parque Nacional Natural Puracé Colombia

Novedades Colombianas

Universidad del Cauca, Colombia

ISSN: 0121-3520

ISSN-e: 2145-5236

Periodicidad: Anual

vol. 18, núm. 1, 2023

novedadesmuseo@unicauca.edu.co

Recepción: 27 Abril 2023

Aprobación: 22 Agosto 2023

URL: http://portal.amelica.org/ameli/journal/433/43348444334844004/

DOI: https://doi.org/10.47374/novcol.2023.v18.2298

Modelo de publicación sin fines de lucro para conservar la naturaleza académica y abierta de la comunicación científica

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Resumen: La laguna San Rafael, ubicada en el Parque Nacional Natural Puracé, es un sitio sagrado y de valor de conservación para las comunidades indígenas que habitan este territorio. Con el objetivo de evaluar su estado de conservación, se realizó un estudio basado en la diversidad de fitoplancton presente en sus aguas. Se llevaron a cabo cuatro muestreos entre junio y octubre de 2022, filtrando 50 L de agua a través de una red de plancton de 20 µm. Se determinó el número de especies utilizando una curva de acumulación y se recopilaron datos fisicoquímicos in situ con una sonda digital. Se encontró un total de 90 taxa de fitoplancton, agrupados en Bacillarophytas, Charophyta, Chlorophyta, Xanthophyta y Cyanobacteria. La especie más abundante fue Melosira sp. (Bacillariophyta). El ecosistema de la laguna se caracteriza como oligotrófico, con un pH promedio de 6,7, una concentración de oxígeno disuelto de 8,0 mg/L y una temperatura promedio de 13,8°C. Se observa una relación entre la altitud y el número de especies, el cual se ha incrementado considerablemente en las últimas dos décadas, así como la temperatura del agua. Se sugiere que la alta diversidad de microalgas en la laguna San Rafael se debe a la intensa luminosidad en las montañas de la región tropical.

Palabras clave: abundancia, Bacillariophyta, fitoplancton, microalgas.

Abstract: The San Rafael lagoon, located in the Puracé National Natural Park, is a sacred site of conservation value for the indigenous communities that inhabit this territory. In order to evaluate its conservation status, a study was conducted based on the diversity of phytoplankton present in its waters. Four samplings were carried out between June and October 2022, filtering 50 L of water through a 20 µm plankton net. The number of species was determined using an accumulation curve and in situ physicochemical data were collected with a digital probe. A total of 90 phytoplankton taxa were found, grouped into Bacillarophytas, Charophyta, Chlorophyta, Xanthophyta and Cyanobacteria. The most abundant species was Melosira sp. (Bacillariophyta). The lagoon ecosystem is characterized as oligotrophic, with an average pH of 6.7, a dissolved oxygen concentration of 8.0 mg/L and an average temperature of 13.8°C. A relationship is observed between altitude and the number of species, which has increased considerably in the last two decades, as well as water temperature. It is suggested that the high diversity of microalgae in Laguna San Rafael is due to the intense luminosity in the mountains of the tropical region.

Keywords: abundance, Bacillariophyta, phytoplankton, microalgae.

Introducción

La alta montaña alberga una diversidad de ecosistemas que se extienden desde los 2500 hasta los 5000 msnm. En esta franja altitudinal se encuentran diferentes pisos bioclimáticos, como el andino, alto andino, páramo bajo, páramo, súper páramo y glaciares o nevados (Flórez et al, 2010). Los páramos son especialmente importantes debido a los servicios ecosistémicos que brindan, como la regulación y abastecimiento de agua, así como su valor cultural (Nieto et al; 2015).

En Colombia existen 37 complejos de páramos protegidos en áreas designadas como reservas naturales (Banco Mundial, 2021). Estos ecosistemas son fundamentales para el suministro de agua a los ríos, ya que contribuyen a los caudales ecológicos (Cabrera y Ramírez, 2014). Además, los páramos ofrecen hábitats para una amplia variedad de especies, permitiendo interacciones entre los componentes físicos y biológicos. Estas redes de interacciones involucran el agua, los suelos, la vegetación, los microorganismos, la fauna y los seres humanos, formando la base del funcionamiento de los ecosistemas de alta montaña (Andinos, 2012).

Dentro de los ecosistemas de páramo se encuentran sistemas lagunares, como el que se localiza en el Parque Nacional Natural Puracé. Este sistema está compuesto por lagunas, entre las cuales se encuentra la laguna San Rafael o Andulbío. La gestión de este cuerpo de agua está a cargo tanto de Parques Nacionales como del Cabildo Indígena de Puracé, reconociendo su valor, tanto en términos de servicios ecosistémicos como culturales (Parques Nacionales Naturales, 2019).

El fitoplancton, que consiste en microalgas, desempeña un papel fundamental en los ecosistemas acuáticos y forma parte de la red trófica pelágica (Duque y Núñez-Avellaneda, 2000). Estas microalgas son consideradas productores primarios y su comunidad determina la dinámica de la red trófica, influyendo los procesos biogeoquímicos del ecosistema (Hallegraeff, 2010). El estudio del fitoplancton en las lagunas de alta montaña, como la laguna San Rafael en el PNN Puracé, puede proporcionar información valiosa sobre la calidad del agua y las condiciones ambientales de este ecosistema.

El objetivo de esta investigación es evaluar el estado de conservación de la laguna San Rafael basándose en la diversidad de su comunidad fitoplanctónica.

Materiales y métodos

Área de estudio

La laguna San Rafael se encuentra ubicada en las coordenadas 2°22'14,14"N 76°21'10,72"O, al nororiente del Parque Nacional Natural Puracé, cerca del resguardo indígena de Puracé, a una altitud aproximada de 3300 msnm. Tiene una superficie de 16,78 has. Su principal afluente es la quebrada Chorrillos, desde este ecosistema acuático nace el río Bedón, que forma parte de la cuenca alta del río Magdalena (Fig. 1). La zona está rodeada por vegetación típica del páramo, como frailejones (Espeletia spp.), chuscales (Chusquea spp.) y pajonales (Calamagrostis spp.) (Martínez et al., 2009).

Durante las visitas se observó que hay poca intervención humana en el área, ya que no se evidencian actividades económicas directas sobre el cuerpo de agua ni pisoteo, aunque hay informes de grupos de pescadores que frecuentan el lugar en busca de trucha para pesca recreativa.

Figura 1: ubicación geográfica de la laguna San Rafael, PNN Puracé

Ibagón N., 2023

La laguna San Rafael experimenta cuatro períodos climáticos con dos periodos lluviosos entre marzo y junio y de septiembre a diciembre, y dos periodos secos desde mediados de diciembre hasta marzo y desde finales de junio hasta principios de septiembre. Esta laguna es considerada un sitio de valor cultural para el pueblo indígena Coconuco del resguardo de Puracé, pues dentro de este ecosistema acuático se llevan a cabo rituales de refrescamiento (Parques Nacionales Naturales, 2019).

Fase de campo

Se realizaron cuatro visitas a la laguna San Rafael con el propósito de recolectar muestras de fitoplancton. Estas tuvieron lugar en distintos meses de 2022, correspondiendo a diferentes períodos climáticos. En junio (M-1), se recogieron muestras durante el periodo de lluvia, en julio (M-2) y septiembre (M-3) durante el periodo seco, y en octubre (M-4) durante periodo de lluvia. Las muestras de fitoplancton se obtuvieron en el borde de la laguna filtrando 50 L de agua a través de una red de plancton con una abertura de 20µm para obtener muestras cuantitativas, las cuales fueron envasadas en frascos de 500 ml y se preservaron in situ con una solución Transeau.

Fase de laboratorio

Se empleó un microscopio Leica ICC 50 W. Se observó directamente la muestra con aumentos de 10X y 40X, realizando un barrido en zigzag y registrando cada individuo de las diferentes taxas encontradas. Se midió el volumen de la muestra utilizado en cada análisis para calcular las densidades de microalgas correspondientes (M-1= 209 ml, M-2= 192 ml, M-3= 184 ml, M-4= 201 ml). La identificación de las diferentes taxa se llevó a cabo utilizando catálogos especializados, como los de Blanco Lanza et al. (2007), Chivatá y López (2014), Donato-Rondón (2001), Dos Santos (2006), Duque y Núñez-Avellaneda (2000), Pinilla (2000) y Ramírez (2000). Además, se utilizó el Sistema de Información Taxonómica Integrado (ITIS, por sus siglas en inglés) para verificar la jerarquía taxonómica de cada género y confirmar su validez.

Parámetros fisicoquímicos

Se tomaron mediciones de parámetros fisicoquímicos tanto in situ, utilizando una sonda multiparámetro HQ 40 de Hach, como ex situ, en el laboratorio. Los parámetros analizados incluyeron pH (método SM 4500H+B), conductividad (método SM2510), oxígeno disuelto y temperatura. Además, se registraron datos de turbidez (método SM2130B), sólidos suspendidos totales (método SM2450D), nitritos (método 8507 HACH), nitratos (método 8171 HACH), fosfatos (método 8048 HACH) y nitrógeno amoniacal (método M62 Lovivond).

Fase de Análisis

Se realizó una curva de acumulación por muestra para determinar la cantidad de alícuotas necesarias para describir la diversidad de las muestras. Se utilizaron tres índices ampliamente reconocidos: índice de diversidad de Shannon-Weaver (H), índice de dominancia de Simpson (λ) e índice de equidad de Pielou (J'). Estos proporcionan medidas cuantitativas y significativas de la riqueza de especies, dominancia relativa y equitatividad en la comunidad fitoplanctónica.

Se calcularon diferentes índices limnológicos para evaluar el estado trófico de la laguna relacionados con la presencia de cianofíceas, clorofíceas, diatomeas y euglenófitos, utilizando la relación entre el número de taxones de diferentes grupos de fitoplancton. También se calculó un índice compuesto que consideraba la presencia de múltiples grupos de fitoplancton.

Se realizó un análisis de correspondencia canónica para investigar la correlación entre las variables fisicoquímicas del entorno y la abundancia del fitoplancton. Se seleccionaron 21 especies abundantes y ocho factores fisicoquímicos para este análisis. El objetivo era determinar cómo las variables fisicoquímicas influían en la distribución y abundancia del fitoplancton en la laguna (Tabla 1).

Tabla 1. Lista de fitoplancton y variables fisicoquímicas para análisis de correspondencia canónica

Este estudio forma parte de un proyecto más amplio enfocado en establecer una “Línea base para el estado ecológico de los ecosistemas lénticos valor objeto de conservación del PNN Puracé – segunda fase”, aprobado en la convocatoria 017 de “Proyecto Universidad Estado Empresa Sociedad” de la Fundación Universitaria de Popayán, 2021.

Resultados

Comunidad Fitoplanctónica

Los resultados obtenidos en el estudio de la comunidad fitoplanctónica de la laguna San Rafael PNN Puracé revelaron la presencia de 90 taxa diferentes en total. Estas taxa se distribuyeron en cinco phyla principales, siendo las Bacillariophyta (diatomeas) las más abundantes con 43 especies, seguidas de las Charophyta (algas verdes) con 26 especies (Tabla 2). Las diatomeas también fueron el grupo más dominante en términos de densidad, con una media de 20,06 cel/mL, seguidas por las algas verdes con 4,37 cel/mL. La especie Melosira sp. Fue la más abundante a lo largo del monitoreo (Fig.4). Las especies Nitzschia sp (Bacillariophyta), Tabellaría sp. (Bacillariophyta) las cuales presentaron las mayores abundancias en el estudio (Anexo 1).

Tabla 2. Riqueza y abundancia general de fitoplancton por grupos taxonómicos para la laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé

Al analizar los resultados por meses, se observó que el mes M-4 presentó la mayor riqueza con 74 taxa, seguido por el mes M-2 con 71 taxa (Tabla 2). En cuanto a la densidad, el mes M-3 registró la mayor cantidad de células por mililitro, con 9,35 cel/mL (Fig. 2) Las diatomeas dominaron en cada uno de los meses analizados, siendo la Melosira sp su especie dominante.

Figura 2. Densidad (cel/ml) de los grupos principales por mes de muestreo de fitoplancton en la laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé.

Al observar el análisis por meses de la riqueza por divisiones taxonómicas se puede decir que el patrón es constante en todos los meses, siempre las Bacillarophyta (diatomeas) fueron dominantes, seguida por las Charophyta (algas verdes), presentando menor riqueza la división Xanthopyta (alga verde) (Fig. 3).

Figura 3. Riqueza de especies por mes de muestreo de fitoplancton en la laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé.

Figura 4. Densidad (cel/ml) de las taxa principales por mes de muestreo de fitoplancton en la laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé.

El mes que exhibió la mayor riqueza en términos de diversidad de especies fue el M-4. Sin embargo, al analizar los demás índices de diversidad, se observa que el mes con la mayor diversidad fue el M-1, con un índice de diversidad (H') de 2,99. Además, este mes también presentó los valores más altos de equidad (J' = 0,71) y la menor dominancia (1-D = 0,10). En orden descendente, los meses que le siguieron en términos de diversidad fueron M-4, M-3 y M-2, respectivamente (Tabla 3).

Tabla 3 . Índices de diversidad de fitoplancton en la laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé por los meses de estudio

Índices limnológicos: los índices de Nygaard utilizados para estimar el estado trófico de la laguna indicaron que se encuentra en estado de oligotrofia en todos los meses, tanto según el índice de clorofíceas como el índice compuesto. El índice de diatomeas reveló que es un ambiente pobre en nutrientes (Tabla 4).

Tabla 4. Índices de Nygaard de fitoplancton en la Laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé por los meses de estudio

Parámetros fisicoquímicos: en relación con los parámetros fisicoquímicos, se registraron temperaturas entre 13,2 °C y 15,8 °C, pH ácido con valores entre 6,46 y 6,93, oxígeno disuelto entre 7,88 y 8,1 mg/L, y conductividad entre 9,57 µS/cm y 26,05 µS/cm. La turbidez fue baja en general. Los valores de nitrógeno amoniacal, nitratos, nitritos y fosfatos indicaron concentraciones bajas o indetectables en la laguna (Tabla 5).

Tabla 5. Parámetros químicos del fitoplancton en la Laguna San Rafael – Parque Nacional Natural Puracé

El análisis de Componentes Canónicos (CCA) revela relaciones entre las especies y las variables fisicoquímicas. En el primer eje de análisis, se encontró una correlación positiva del 52,12%, mientras que en el segundo eje la correlación fue del 46,53%. En la gráfica de CCA, se puede observar que las variables que muestran una correlación positiva son el oxígeno disuelto, el pH y el fosfato, mientras que la turbidez muestra una correlación negativa (Fig. 5). En cuanto a las especies, se encontró una correlación positiva entre el fosfato y el oxígeno disuelto con la especie Encyonema sp.. Por otro lado, la alcalinidad y la temperatura se correlacionan negativamente con la especie Oscillatoria sp. Además, la conductividad se correlaciona negativamente con Nitzschia sp.

Figura 5. Análisis de correspondencia canónica abundancia y variables climática.

Discusión

La laguna San Rafael exhibe una mayor riqueza de fitoplancton que otras lagunas del Parque Nacional Natural Puracé. Por ejemplo, la laguna El Rebollero presenta 41 taxa, la laguna Magdalena 50 taxa, la laguna Santiago 56 taxa, la laguna Cusiyaco 44 taxa, la laguna Presentación 20 taxa y la laguna Larga 22 taxa (Donato-Rondón, 2001). Adicionalmente, la laguna San Rafael ha experimentado un aumento en la abundancia y riqueza del fitoplancton en comparación con estudios anteriores realizados entre 1992 y 2001 (Donato, 1991; Donato-Rondón, 2001). Estos cambios pueden atribuirse a la modificación en las condiciones ambientales, como el aumento en la temperatura, las precipitaciones y los cambios en el uso del suelo (Zapata et al., 2021). Esta riqueza de microalgas fitoplanctónicas en una laguna a 3300 msnm es un hallazgo poco común, pues lo común es que la tendencia es que el número de especies disminuya con la altitud (Barta et al., 2017). Se plantea la posibilidad de que la presencia de truchas en la laguna San Rafael esté causando un efecto cascada, donde el consumo de peces en los macroinvertebrados y zooplancton podría desencadenar un afloramiento de fitoplancton (Herrera et al., 2017).

La composición del fitoplancton en la laguna San Rafael está dominada por las algas diatomeas, un grupo cosmopolita que puede encontrarse en diversos ambientes húmedos (Blanco et al., 2007). Este grupo de microalgas también domina en otras lagunas de alta montaña, como la laguna de Chingaza en Colombia (Donato, 1991), el embalse San Roque en Córdoba, Argentina (Daga et al., 2020), la laguna La Viuda en Lima, Perú (Huanaco et al., 2016) y la laguna San Rafael en estudios anteriores (Donato-Rondón, 2001; Modesto-Iregui et al., 2002).

La especie Melosira sp. (M. Italica) ha sido reportada en el fitoplancton de varias ubicaciones en Colombia, como Betania en Huila (Duque y Donato, 1988), Laguna de Fúquene, Chisacá de Boyacá Cundinamarca a una altitud de 2540 msnm (Donato et al., 1987), Caño Choco en el departamento de Meta (Duque y Donato, 1992), y Ciénaga de San Antonio Magdalena (Osorio y Manjarrés, 2015). Esta especie actúa como un indicador biológico de ambientes oligotróficos y baja conductividad (Pinilla, 2000). La laguna San Rafael proporciona un entorno adecuado para esta especie, ya que es oligotrófica y tiene una baja conductividad.

La laguna San Rafael se encuentra en un estado oligotrófico, similar al que se evidenció en el estudio anterior realizado en 2001 (Donato-Rondón, 2001). Este estado es común en lagunas de alta montaña, como la laguna Cumbal en Colombia (Donato, 1991) y la laguna Soto en Argentina (Poi et al., 2016). La oligotrofia puede implicar una escasez de nutrientes, pero con un alto contenido de carbonatos, y puede encontrarse en diversos hábitats (Camacho et al., 2010). Aunque el tamaño del cuerpo de agua se ha mantenido en 16,7 has desde 2014 (Plaza, 2014), es probable que durante la estación seca se vea reducido, al igual que el volumen de agua, lo que podría resultar en un aumento de la concentración de nutrientes en el cuerpo de agua. Algunos autores que han medido previamente el tamaño del cuerpo de agua de la laguna San Rafael reportaron una notable disminución del mismo. Por ejemplo, Yasnó et al. (2000) reportaron un área de 26,5 ha (citado por Joaquí, 2005); Donato-Rondón (2001) reportó 20 ha; Muñoz (2008) indicó un área aproximada de 18,9 ha, mientras que Imbachi (2014) mencionó un área de 15,7 ha.

En el presente estudio se evidencia un aumento en la temperatura del agua de la Laguna San Rafael desde 2001 hasta la actualidad de 9,06 °C – 10,2 °C (Donato-Rondón, 2001) a 13 °C - 15 °C en 2022. Dicho aumento de temperatura atribuido al cambio climático no solo tiene un efecto en las dinámicas físicas del ecosistema, sino que también puede conllevar al aumento de microalgas sensibles a los cambios bruscos de temperatura y de las variables fisicoquímicas como el pH. La temperatura de los ambientes de alta montaña puede aumentar entre 0,1 °C -0,2 °C (Pabón-Caicedo, 2012) y esto puede generar que muchos lagos lleguen a temperaturas de 20 °C, lo que puede ser fatal para los organismos, ya que las temperaturas altas aceleran su metabolismo, aumentando la demanda de oxígeno, transformando estos ecosistemas en lagos tropicales (Solorza, 2018; Zapata et al, 2021). Al presentarse este aumento de temperatura, las lagunas y, en general, los ecosistemas de páramo andino, se encontrarían vulnerables por el desequilibrio ecológico que se generaría cambios radicales en el paisaje, pasando de páramo a bosque (Romero y Castro, 2011). En este sentido, se ha demostrado que el cambio climático genera transformaciones drásticas en la composición de microalgas (diatomeas) en lagos andinos (Michelutti, et al., 2015). Un estudio realizado en los Alpes suizos demostró que el aumento de la temperatura del agua resultó en cambios significativos en la composición del fitoplancton, como la disminución de especies sensibles al calor y aumento de especies que toleran el aumento del calor (Anneville et al., 2005).

Debido al aumento de la temperatura en la laguna San Rafael desde 2001 (Donato-Rondón, 2001) se esperaba un aumento en el pH (Koinig et al; 1998), sin embargo, este presentó una disminución de 7,2 en 2001 a 6,7 en 2022, similar a los reportados por Plazas (2014) de 6,17 e Imbachi, (2014) de 6,5. Este parámetro se correlaciona positivamente con la composición de las especies de fitoplancton presentes en la laguna. La geomorfología y el sustrato de la laguna también pueden afectar el pH, pues si son ambientes de origen glaciar tienden a presentar estos valores bajos de pH (Criales-Hernandez et al; 2020). La abundancia de diatomeas ha sido relacionada en lagos andinos de Colombia con factores como la acidez del agua (Muñoz y Rivera; 2022).

En el análisis de correspondencia canónica, se ha encontrado una correlación positiva entre el fosfato y el oxígeno disuelto con la composición de especies en la laguna. Los valores de oxígeno disuelto presentados por la laguna San Rafael son muy similares a los estudios anteriores en el mismo lugar (Donato-Rondón, 2001). El oxígeno disuelto fue de 8,7 mg/L, y este valor puede deberse a la ubicación de la laguna, ya que está expuesta a fuertes vientos (Donato, 1991; Rivera et al., 2005). Tanto el fosfato como el nitrógeno influyen en la composición de las diatomeas (Muñoz y Rivera, 2022).

Conclusiones

Este estudio pone en evidencia el aumento en la riqueza de fitoplancton presente en la laguna San Rafael, así como la dominancia de la especie Melosira sp. y el aumento de temperatura del agua en los últimos años. Estos hallazgos son una alerta sobre el seguimiento de dicho cuerpo de agua y las demás lagunas del Parque Nacional Natural Puracé que están siendo afectadas por el cambio climático.

Aunque la laguna San Rafael se encuentra en estado oligotrófico, los cambios relatados en el fitoplancton y la presencia de trucha en el ecosistema son factores de riesgo que deben considerarse como alerta para continuar con las acciones de conservación implementadas por Parques Nacionales Naturales y las comunidades indígenas en el municipio de Puracé.

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