Variabilidad y evolución de la materia orgánica disuelta cromófora

Variabilidad y evolución de la materia orgánica disuelta cromófora (CDOM) en un
ecosistema costero mediterráneo (Bahía de Banyuls sur Mer)
Sánchez-Pérez E. Denisse[1, 2] et Pujo-Pay Mireille[1, 2]
Doctorado (UFR 918, ED 129, Sciences de L’Environnement D’Ile de France)
[1]
[2]
{UPMC Université Paris 06, UMR 7621, Laboratoire d’Océanographie Microbienne, Observatoire
Océanologique, F-66651 Banyuls/mer, France}
{INSU-CNRS, UMR 7621, Laboratoire d’Océanographie Microbienne, Observatoire Océanologique,
F-66651 Banyuls/mer, France}
Introducción
La materia orgánica disuelta cromófora (CDOM) es un compuesto importante de la materia
orgánica disuelta total que interactúa directamente o indirectamente sobre los ciclos biogeoquímicos,
incluidos aquellos que están relacionados con el clima (e.g. carbono y azufre). El CDOM juega un papel
importante en la regulación de la penetración de la luz en el océano, absorbiendo las ondas
electromagnéticas de fuerte energía del espectro (visible y UV). Por un lado este protege a los organismos
acuáticos de una foto-degradación potencial, pero por otra parte esta energía no es disponible para la
fotosíntesis (Lehmann et al, 2004). Otra causa, el CDOM puede disminuir las estimaciones de clorofila
realizadas a partir de las imágenes por satélite (Nelson y Siegel, 2012), particularmente en las zonas
costeras. Además de los aportes continentales, las principales fuentes de CDOM en el medio marino son
diferentes se originan por diferentes procesos físicos y biológicos tales como: el foto-blanqueamiento, la
foto-humificación o la bio-generación que actúan como sumideros o fuentes de CDOM. Nosotros
diferenciamos generalmente las fuentes autóctonas de las alóctonas. El CDOM de origen autóctono
provienen de la degradación de la materia orgánica producida in situ por los organismos vivientes. Esta
compuesto principalmente de ácidos fúlvicos, los cuales son rápidamente mineralizados por las bacterias
y otros heterótrofos acuáticos, liberando así nutrientes inorgánicos utilizables por otros miembros de la
red microbiana (Wetzel, 2001). Mientras que el CDOM de origen alóctono proviene de la degradación de
la vegetación terrestre y de la materia orgánica del suelo proveniente de cuencas hidrográficas y esta
constituido de una mezcla compleja de compuestos de mayor peso molecular, lo que le da un estado mas
refractario a la biodegradación (Tranvik, 1998).
El objetivo del presente estudio es aportar elementos en cuanto al origen y dinámica del CDOM
en los ecosistemas marinos costeros mediterráneos. De manera mas precisa, se trata de describir las
principales escalas de variabilidad de la concentración de CDOM en el medio costero (Mediterráneo
Nord occidental). Este estudio se basa en el seguimiento anual y semanal de las concentración de CDOM
en conjunto con las principales variables descriptivas del ecosistema.
1 Material y Métodos
Muestreos semanales fueron hechos en una estación costera (SOLA) en la Bahía de Banyuls sur
Mer entre abril 2012 y abril 2013 (Fig. 1).
Parámetros hidrológicos: Perfiles verticales (T y S) fueron realizados con la ayuda de un CTD (Seabird
19). Los muestreos de agua fueron realizados a 3 m de profundidad con botellas Niskin de 12L.
La materia Orgánica Disuelta, los nutrientes, y la clorofila: Fueron analizados según los métodos
clásicos detallados en Pujo-Pay et al. (2011).
Análisis de la concentración de CDOM: Las muestras de agua de mar fueron colectadas en frascos de
vidrio calcinados (450°C durante 12h) de100 mL, las muestras fueron filtradas en filtros de fibra de
vidrio Whatmann GF/F 25 mm y conservadas a la oscuridad para su posterior análisis (<12h). Las
mediciones fueron efectuadas en un fluorómetro Jasco F-2020PLUS para tres pares de excitación-emisión
(EX/EM = 370/450 ; 370/460 ; 370/500). Las concentración de CDOM se deducen de una gamma de
calibración realizada a partir de la solución Quinina-Sulfate.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Dates
3/3
2/7
23/3
12/7
10/5
16/7
14/5
26/7
25/5
31/7
7/6
6/8
11/6
16/8
18/6
20/8
25/6
29/8
3/9
11/9
25/9
8/10
15/10
22/10
30/10
5/11
12/11
Figura 1. Localización de la estación de observación del Laboratorio Arago
(SOLA 42°29’300 N – 03°08'700 E) et las fechas de muestreo realizadas en 2012.
Resultados y Discusiones
La zona de estudio (Bahía de Banyuls sur Mer) se caracteriza por un ciclo estacionario bien
marcado inducido por una fuerte renovación de nutrientes durante invierno. Durante el seguimiento, las
temperaturas fueron mínimas al final del invierno (11°C) después aumentaron con un máximo (23 °C) a
principio de septiembre (Fig. 2a). La salinidad fue menos variable en la estación (cercana a 38, Fig. 2a)
pero se marco por episodios una ligera agua no salina (mayo, julio, agosto y octubre) reflejando el hecho
que la estación SOLA esta claramente influenciada por los aportes continentales durante los periodos
2 intensos y/o las inundaciones de los ríos (Baillaury y Rhône). Paralelamente, las concentraciones de
nutrientes varían en nitrato y fosfato (0.01-1.6 µM et 0.01-0.06 µM respectivamente) con valores
mínimos durante el verano (Figura 2b). La disminución de los nutrientes es simultaneo a la aparición de
un bloom primaveral acentuado en abril (1.8 µgCHL.L-1). Concentraciones bajas y variables fueron
medidas durante el resto de la temporada (<0.4 µgCHL.L-1). Las variaciones temporales y a
meso-
escala descritas precedentemente, fueron también observadas en el comportamiento orgánico disuelto
(muestras en curso de análisis). Las concentraciones de (COD) son mínimas durante el invierno (Fig. 2c)
aumentando hasta un máximo al final del verano siguiendo la acumulación de MOD en las capas
superficiales como fue discutido en el nitrógeno (Pujo-Pay y Conan 2003). Estos resultados son
coherentes con la acumulación de MOD en superficie, ya que la producción de esta materia excede su
consumo por el comportamiento bacteriano y su exportación es limitada por la estratificación de la
columna de agua. Este proceso de acumulación es acentuado por los aportes continentales y por los
procesos de foto-degradación (Obernosterer et al. 1999). Durante estas tendencias temporales muy
generales, importantes modificaciones de origen y de composición del comportamiento orgánico disuelto
son probables pero no pueden ser desplazadas a partir de las concentraciones brutas de la MOD. Por lo
contrario esta variabilidad es ilustrada por las variaciones de la concentración de CDOM.
En efecto durante el seguimiento, cualquiera que se el par de EM/EX elegido, las concentraciones
de CDOM fueron bajas en invierno (<0.2 µM en febrero y septiembre) y máximas en primavera (<1.4
µM en abril) al mismo tiempo que las máximas concentraciones de clorofila. Por lo contrario notamos,
que el valor máximo (1.8 µM) fue medido con el par 370/500 en mayo, es decir después del bloom
primaveral (Fig. 2c) por lo que los nutrientes fueron bajos y la columna de agua estable y estratificada. De
hecho, según el par de EX/EM elegido, diferentes compuestos de CDOM son cuantificados (Hedges et al.
1997, Stedmon et al. 2003). Lo que permite claramente determinar la composición y origen de CDOM
sobre la base de fluoróforos dominantes (sustancias húmicas de origen terrestre o marino). Típicamente,
la excitación-emisión máxima (e.g. 340/440) de fluoróforos de origen terrestre son desplazados hacia la
región azul del espectro con respecto a aquellos de las sustancias de origen marino o microbiano. Es por
esta razón que nosotros utilizamos tres pares 370/450, 370/460 y 370/500. Las dos primeras
caracterizadas, por sustancias húmicas, mientras que la tercera da información de sustancias marinas. Esta
hipótesis fue confirmada por las relaciones lineales observadas en nuestras muestras. Las relaciones
lineales de segundo orden mas significativas fueron vistas entre el par 370/450 y la Chl a (y =
0.7863+0.15.42 p<0.095), y entre 370/460 et la salinidad (y =0.009+0.139 p< 4.10-57) caracterizada por
aportes continentales. De manera general, la estación SOLA en superficie fue mas influenciada por
sustancias húmicas de origen terrestre (ver flechas en Fig. 2c).
Esto indica claramente un papel
importante y dominante de fuentes continentales alóctonas en la zona costera cualquiera que sea el
caudal del rio, así mismo la MOD autóctona es rápidamente exportada a profundidad (muestreo en
superficie) o en zonas fuera de la costa (MerMex Group 2011). Las concentraciones de CDOM elevadas
3 en primavera y después en otoño (Fig. 2c) con valores máximos en el par 370/500 indican por lo tanto un
papel importante de la degradación bacteriana de la MOD después del bloom primaveral (mes abrilmayo) o de los blooms intermitentes de otoño en relación con la fases de mezcla-estabilidad observadas a
lo largo de este periodo (Marty et al. 2002). En efecto, la materia producida es fácilmente asimilable por
el compartimiento bacteriano (Pujo-Pay et al. 2011).
39#
a)'
0.07"
1.2"
b)$
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0.06"
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37#
10#
36#
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15#
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0.8"
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0.4"
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35#
Temperatura#
0.2"
0.01"
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370/460
370/500
2
370/450
Chl a
1.8
1.6
1.6
1.4
1.4
1.2
1.2
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
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25#
Fecha$
Figura 2. Seguimiento anual de la estación SOLA (3m). a) salinidad y temperatura; b) concentración de nitratos y
fosfatos; y c) concentración de la clorofila a y CDOM según los pares (370/500; 370/460 y 370/500). Las flechas
indican los muestreos marcados preferencialmente por sustancias húmicas de origen terrestre.
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