Sustancias disueltas en el agua

Módulo 6
Gases en el agua
Introducción
Los principales gases disueltos en el agua son el oxígeno y el dióxido de carbono. Ambos están relacionados
con el intercambio de gases entre la atmósfera y el espejo de agua. Estos gases están relacionados principalmente con el metabolismo acuático, esto es, la actividad biológica y su relación con el biotopo o masa de
agua.
La actividad fotosintética en el agua
puede generar estratificación química del
oxígeno .
Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos
Contenido
6.1 El agua: ecología y ecosistemas
6.2 Distribuciones ortógrada, clinógrada y heterógrada
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6.1 El agua: ecología y ecosistemas
Como se estudió en el módulo 3, los cuerpos de agua dulce pueden estratificarse térmicamente
como consecuencia de la radiación calórica proveniente del sol. La estratificación térmica y lumínica
trae como consecuencia la diversidad del biotopo y produce efectos sobre la distribución diferencial
de gases y nutrientes disueltos en el agua (figura 6.1).
Epilimnio
Metalimnio
Hipolimnio
Figura 6.1. Estratificación del agua en tres zonas: epilimnion, metalimnion e hipolimnion.
Así, en un cuerpo de agua estratificado térmicamente se pueden presentar estratos o capas de agua
con diferentes concentraciones y diferentes especies de gases disueltos (Aguirre, 1994). Los principales gases disueltos en el agua son el oxígeno y el dióxido de carbono. Ambos están relacionados
con el intercambio de gases entre la atmósfera y el espejo de agua, pero principalmente con el metabolismo acuático, esto es, con la actividad biológica y su relación con el biotopo o masa de agua.
Como se observa en la figura 6.2, los organismos autotróficos predominan en la zona fótica. Allí,
durante el día, realizan fotosíntesis desarrollando actividad metabólica en una zona conocida como
trofogénica. En esta zona predomina la producción de oxígeno y el consumo de dióxido de carbono.
Zona limnética
Zona fótica
Zona afótica
Litoral
Sublitoral
Béntica
Zona profunda
Trofogénica
Zona de
compensación
Trofolítica
Sedimento
Figura 6.2. Zonas ecológicas y zonas metabólicas de un lago.
Por su parte, el metabolismo trofolítico se desarrolla en la zona profunda del lago y en él participan
organismos de nutrición heterotrófica. En esta zona se da un alto consumo de oxígeno y se produce
dióxido de carbono. El metabolismo de compensación ocurre entre el metabolismo trofogénico y el
trofolítico. En esta zona se presentan concentraciones similares de oxígeno y de dióxido de carbono.
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Módulo 6. Gases en el agua
6.2 Distribuciones ortógrada, clinógrada y heterógrada
Profundidad (m)
Como consecuencia de la estructura térmica y el metabolismo en un cuerpo de agua, se pueden
presentar diferentes distribuciones de gases. El oxígeno puede presentar una distribución ortógrada,
o sea sin variación en la columna de agua cuando se distribuye homogéneamente desde la superficie hasta el fondo probablemente debido a que el agua está mezclada y, por lo tanto, no existe
estratificación. Por el contrario, se presenta una distribución clinógrada cuando hay estratificación de
la columna de agua debido posiblemente a la actividad fotosintética en el agua generando estratificación química del oxígeno (figura 6.3). En esta distribución pueden distinguirse dos estratos: óxico
(alta concentración de oxígeno) e hipóxico (bajos niveles de oxígeno)
0
0
2
4
6
8
Cantidad de oxígeno
Óxica
5
Hipóxica: se reduce
a niveles cercanos a
0 mg/l de O2
Figura 6.3. Distribución clinógrada del oxígeno en un cuerpo de agua.
Como se observa en la figura 6.3, la presencia de una distribución clinógrada del oxígeno puede
obedecer a dos causas. Una de estas causas está relacionada con la presencia de estratos térmicos
en el agua. Acá, el agua hipolimnética posee baja concentración de oxígeno y no es subsidiada por
la zona epilimnética. La segunda causa está relacionada con la actividad fotosintética, que favorece
la producción de oxígeno en el epilimnion durante el día saturando el agua por parte de este gas.
Profundidad (m)
En lagos artificiales, tales como los embalses, es posible que en las zonas donde la fuerza de flujo
horizontal domina sobre la fuerza de flujo vertical se pueden presentar perfiles heterógrados debido
al encuentro de aguas de diferente densidad. Por lo anterior, se presenta una distribución heterógrada, es decir, con varios cambios de concavidad, hecho típico de este tipo de cuerpos de agua
(figura 6.4).
0
0
2
4
6
8
Cantidad de oxígeno
(mg/l)
5
Figura 6.4. Distribución heterógrada del oxígeno disuelto en una columna de agua de un embalse
donde se encuentran agua de un río y agua del embalse.
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Módulo 7
Nutrientes en el agua
Introducción
Uno de los trabajos más importantes relacionados con la nutrición de las plantas fue escrito por el profesor
alemán Justus von Liebig en 1840 con la publicación del artículo denominado “Die Organische Chemie in Ihrer
Anwendung auf Agrikultur und Physiologie” (“La química orgánica en relación con la agricultura y la fisiología”). La ley del mínimo de Von Liebig plantea que, de acuerdo con las necesidades específicas de un cultivo
terrestre, el rendimiento último de este se limita por el nutriente esencial que sea el más escaso en el medio.
Liebig formuló la ley del mínimo (“das Gesetz des Minimums”) considerando que el límite en la capacidad de
producción en un campo agrícola está dado por sustancias esenciales.
La reducción en la entrada de nutrientes a la masa de agua puede controlar la eutrofización .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el botón
GASES Y NUTRIENTES, la biografía de Justus von Liebig.
Capítulo 2. Ecosistemas acuáticos
Contenido
7.1 Sustancias disueltas en el agua
7.2 Las concentraciones limitantes de nitrógeno y fósforo
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7.1 Sustancias disueltas en el agua
Quizás uno de los trabajos más importantes relacionados con la nutrición de las plantas fue escrito
por Justus von Liebig en 1840 con la publicación del artículo “Die Organische Chemie in Ihrer Anwendung auf Agrikultur und Physiologie“.
Según Odum (2000), la “ley del mínimo” de Liebig señala que, de acuerdo con las necesidades específicas de un cultivo terrestre, el rendimiento último de este está limitado por el nutriente esencial que
sea el más escaso en el entorno. Von Liebig formuló la ley del mínimo, “das Gesetz des Minimums”,
considerando que el límite en la capacidad de producción en un campo agrícola está dado por sustancias esenciales, donde la cantidad limitante de la sustancia es entonces un parámetro estático.
Esto quiere decir que el 100% de la producción agrícola en un área dada tiene un límite que está
determinado por la cantidad de un elemento. Este elemento en la biomasa existe en una relación
estequiométrica (Odum, 2000).
La disponibilidad mínima de este elemento, determinada por la relación estequiométrica entre la
biomasa y el elemento, o sea el factor mínimo, determinará la biomasa. Un incremento en la disponibilidad del factor mínimo incrementará la capacidad de sustentación de la biomasa hasta que otra
fuente se convierta en factor mínimo. Según esta ley, se asume que los factores limitantes no son
reemplazables entre sí (Lampert y Sommer, 1993).
El concepto de nutriente limitante también ha sido aplicado al estudio del metabolismo en el agua,
tanto en ecosistemas marinos como en ecosistemas acuáticos continentales. Especialmente, en el
campo de la limnología se han encontrado numerosas aplicaciones de este concepto en relación con
el fenómeno de la eutrofización, tanto desde el punto de vista de la teoría limnológica como desde la
aplicación de modelos predictivos que permitan desarrollar estrategias y actividades para el manejo
adecuado de ambientes acuáticos.
El modelo de la OECD (Vollenweider y Kerekes, 1982) plantea la relación entre la carga y la concentración de fósforo en el agua, como también la relación de dependencia entre la concentración de
fósforo y la biomasa del fitoplancton.
Para el control de la eutrofización cultural, se considera que una estrategia efectiva es la reducción
en la entrada de nutrientes a la masa de agua, y esto es aplicable tanto a las cantidades absolutas
como relativas de nutrientes (Unesco, 1992). El concepto del nutriente limitante se ha reforzado con
relaciones empíricas y cuantitativas entre nutrientes y biomasa algal, como por ejemplo las relaciones propuestas por Vollenweider (1976, en OECD, 1982).
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Módulo 7. Nutrientes en el agua
El empleo del concepto sobre nutriente limitante tiene como base los siguientes supuestos (Unesco,
1992):
▪▪ Bajo condiciones adecuadas de luz y temperatura, el crecimiento de las algas en una masa
de agua es proporcional a la cantidad de nutrientes de dicha masa.
▪▪ El contenido de nutrientes en una masa de agua es función de la carga de nutrientes en
dicha masa.
7.2 Las concentraciones limitantes de nitrógeno y fósforo
El fitoplancton absorbe y utiliza nutrientes de la columna de agua en una relación atómica de
106 C:16 N:1P, según Fleming (1940) y Redfield (1934).
La Unesco (1992) propone que las concentraciones limitantes de nitrógeno y fósforo biodisponibles
son de 20 mg/l de nitrógeno y 5 mg/l de fósforo. Si ninguno de los dos nutrientes está por debajo de
estas concentraciones, entonces se emplean las proporciones nitrógeno/fósforo para buscar el nutriente limitante. En teoría, cualquier desviación de esta proporción se puede utilizar para determinar
el posible nutriente limitante. Se sugiere, además, trabajar con proporciones másicas en vez de proporciones atómicas, donde el valor de la proporción atómica de referencia de 16N:1P corresponde a
una proporción másica de 7,2N:1P (Unesco, 1992).
En la revista Archiv für Hydrobiologie Forum, Lampert (1999) publicó una serie de artículos relacionados con la aplicación del concepto del nutriente limitante en la comunidad del fitoplancton. En
este sentido, diversos autores presentaron evidencias y diferentes posiciones frente a la hipótesis
de si existe una relación determinística de la proporción N:P sobre la composición y estructura del
fitoplancton (Lampert-Editor´s comment, 1999; Aguirre et al., 2006).
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