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Limnología y calidad de agua

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  1. Limnología y calidad de agua

  2. Elementos fisicoquímicos y biológicos que actúan en los cuerpos de agua -Gases (O2, CO2, CH4, H2S) -Iones (Ca+2, Mg+2, Na, K, HCO3, CO3-2, SO4-2, Cl) -Calor -Luz -Geología -Animales y plantas (invertebrados, vertebrados, zooplancton, algas filamentosas, fitoplancton, plantas acuáticas, etc.) Es importante tener en cuenta que todos estos elementos interaccionan entre sí en los lagos determinando las características de los mismos.

  3. Origen de los lagos -Glaciales -Por movimientos tectónicos -Por derrumbes -Volcánicos -Producidos por ríos -Lagos en costas

  4. Litoral Termoclina Zonas en los lagos

  5. Patron Anuale de Circulación Primavera Principio del Verano Final del Verano Epilimnion Termoclina Hipolimnion Temp Oxi Temp Oxi Oxi Temp Otoño Invierno Temp Oxi Oxi Temp

  6. Clasificación de los lagos por su patrón anual de circulación -Amixis:Cuerpos de agua que nunca circulan. Lagos cubiertos permanentemente de hielo donde el efecto del viento no los mezcla. Presentes en los polos y en altas montañas (Cordillera de los Andes). -Holomixis: Lagos donde el viento mezcla completamente sus aguas. Oligomíctico:Zonas Ecuatoriales. Son lagos que presentan aguas calientes en todas sus profundidades y que no están sujetos a cambios por estaciones. Monomícticos: Lagos donde existe un solo periodo de circulación de sus aguas durante elaño. Estos lagos están frecuentemente presentes en zonas donde existenfuertes cambios climáticos. Monomícticos frios: Lagos que su superficie se congela durante el invierno y se estratifican (0o C - 4º C). Durante la primavera se mezclan cuando ocurre el deshielo. Durante el verano no presentan estratificación (isotérmicos). Monomícticos calidos: Lagos estratificados durante el verano y que circulan durante el invierno. Son lagos profundos donde los vientos fríos del invierno son causantes de una pérdida de calor de las aguas de la superficie lo que hace que su densidad aumente.

  7. Concepto Limnología: Limnología proviene del griego limne que significa estanque o lago y logía que significa estudio. “estudio de las aguas continentales” Los estudios limnológicos incluyen a los organismos vivos su biología y ecología, también incluyen química, física y geología.

  8. Dimícticos: Son lagos que tienen dos periodos de mezcla de sus cuerpos deagua. Durante el verano y durante el otoño. Polimícticos: Son lagos que presentan varis periodos de circulación. Sonlagos que están mas influenciados por cambios diarios de temperatura que por cambios de estaciones. Generalmente lagos presentes en montañas donde durante el día el agua gana calor yse estratifica (caliente en la superficie y fríos en le fondo) ydurante la noche la superficie pierde calor lo que produce corrientes de convección que destruyen la estratificaciónocurriendo la mezcla de las aguas. -Meromícticos: Lagos que presentan una mezcla parcial de sus aguas. Una gran parte del fondo de estos lagos no se mezclan permaneciendoestancados. Esta región es anaeróbica

  9. Ecosistema acuático -Comunidad litoral: Se encuentra en los bordes de los cuerpos de agua y esta formada por productores primarios y los grupos que dependen de ellos como herbívoros, omnívoros, carnívoros y los detritívoros. -Comunidad planctónica: Se encuentran en la zona pelágica o limnética y esta constituida por bacterias, protozoarios, fitoplancton y zooplancton. -Comunidad béntonica: Es la comunidad de animales que se encuentra en el fondo de los lagos. Generalmente dependen del detritos pero también se encuentran carnívoros que se alimentan de los herbívoros y detritivoros. -Comunidad nectónica: Animales mas grandes que el plancton. La mayoría de ellos son peces y algunos invertebrados.

  10. Litoral Termoclina Zonas en los lagos

  11. Elementos fisicoquímicos y biológicos que actúan en los cuerpos de agua -Gases (O2, CO2, CH4, H2S) -Iones (Ca+2, Mg+2, Na, K, HCO3, CO3-2, SO4-2, Cl) -Calor -Luz -Animales y plantas (invertebrados, vertebrados, zooplancton, algas filamentosas, fitoplancton, plantas acuáticas, etc.) -Geología Es importante tener en cuenta que todos estos elementos interaccionan entre sí en los lagos determinando las características de los mismos.

  12. Oligotrófico Eutrófico Bordes profundos y elevadas pendientes Llana y larga zona litoral El epilimnion es relativamente pequeño comparado con el hipolimnion Radio epilimnion/hipolimnin mayor Agua transparente de color azul o verde Transparencia limitada, agua de color amarilla o marrón Agua pobre en nutrientes y Ca++ Agua rica en nutrientes y Ca++ Sedimentos con poca materia orgánica Los sedimentos son materia orgánica Limitada vegetación en el litoral Abundantes plantas en el litoral Baja densidad de fitoplancton Alta densidad de fitoplancton Diversa fauna bentónica y poco tolerante a bajas concentraciones de O2 Pocas especies bentónicas tolerantes a bajas concentraciones de O2 Peces que no toleran bajas concentraciones de O2 ni aguas turbias como los salmónidos Peces con una tolerancia mayor a bajas concentraciones de O2 Tipología de Lagos Tomado de Gerald A. Cole 1994

  13. Diferencias entre un lago oligotrófico (izquierda) y uno eutrófico (derecha). Los volúmenes del hipolimnion son diferentes como también el perfil de O2. Tomado de Cole 1994.

  14. Limnología en acuicultura calidad de agua producción de peces = = El éxito de la actividad acuícola depende de un buen manejo de las condiciones biológicas y fisicoquímicas del agua. Un estanque que presenta las condiciones de agua ideales para determinada especie, producirá peces saludables en mayor cantidad.

  15. Característica fisicoquímicas y biológicas que afectan la calidad del agua -Temperatura -Salinidad -Turbidez y color -Concentración de plancton -Gases (O2, CO2) -pH -Alcalinidad total y Dureza total -Amoníaco -Malezas acuáticas -Contaminantes (pesticidas, fertilizantes, metales pesados como mercurio y plomo, etc…)

  16. O2 CO2 N2 O2 Alimento No ingerido Descomposición bacteriana CO2, NH3, P Nitrosoma sp Heces, NH3, P Respiración CO2 Nitrificación NO2 O2 Nitrobacter sp Fitoplancton NO3 CO2 N2

  17. Temperatura Es importante tener presente que los peces son poco tolerantes a cambios bruscos de temperatura. Cambios de tan solo 5oC pueden ser fatales para algunos peces. Los peces en los trópicos están adaptados a temperaturas entre los 25oC y 32oC. Estas son temperaturas relativamente constantes en zonas tropicales, lo que afecta poco en el crecimiento de los organismos. En zonas frías los peces están adaptados a temperaturas por debajo de los 20oC (ejemplos: Salmones y truchas). La temperatura esta relacionada con la actividad biológica. Las reacciones biológicas incrementan el doble por cada incremento en 10oC (en peces de aguas cálidas). Lo que quiere decir que un organismo acuático consumirá el doble de O2a 30oC que a 20oC.

  18. Estratificación térmica en una piscina de cultivo

  19. Temperatura Una temperatura ideal es un requisito para el crecimiento y desove de los peces. En pequeñas instalaciones es posible regular la temperatura utilizando calentadores eléctricos o manteniendo los tanques en cuartos con temperatura controlable. También el uso de invernaderos es una practica común en países templados. En espacios abiertos la temperatura de las lagunas esta determinada por la temperatura ambiente y su control es poco práctico al menos que se tenga agua de una fuente geotérmica. En el trópico la variación en la temperatura no son tan drásticas, por lo cual, este factor no es tomado muy en cuenta en la producción acuícola.

  20. Temperatura oC Hora

  21. SalinidadLa salinidad es la concentración de todos los iones disueltos en el agua y es expresado en miligramos por litro (mg/L) o en ppt (partes por mil). La presión osmótica del agua aumenta con la salinidad. Cada especie de pez esta adaptada a una presión osmótica y cambios drásticos de esta puede causar estrés o la muerte. Para aumentar la concentración de sal en pequeños tanques, normalmente se utiliza cloruro de sodio (NaCl). Si se quiere disminuir se agrega agua con baja salinidad. El Grado de salinidad en el agua refleja las condiciones geológicas e hidrológicas del lugar. Aguas superficiales en áreas de alta lluviosidad, usualmente poseen una baja salinidad (10 a 250 mg/L). En regiones áridas donde la evaporación excede a la precipitación, las aguas pueden presentar valores de salinidad entre los 500 y 2.500 mg/L. El agua de mar presenta una salinidad de 35.000 mg/L.

  22. Especie Salinidad (g/L) Ctenopharingodon idella (Carpa herbívora) 12 Cyprinus carpio (Carpa común) 9 Hypophtalmichtys molitrix (Carpa plateada) 8 Ictalurus punctatus (Bagre de canal) 11 Oreochromis niloticus (Tiliapa del Nilo) 24 Oreochromis mossambicus (Tilapia mosambica) 30 Mugílidos (Lisa, Lebranche) 14,5 Salinidad máxima tolerada por algunas especies de cultivo (Tomado de Boyd and Lichtkoppier, 1979)

  23. Turbidez La turbidez se debe a que el agua presenta material suspendido que interfiere con el paso de luz. Si la turbidez en una laguna de producción se debe a organismos planctónicos, esta se encuentra en buen estado, pero si por el contrario la turbidez es por partículas de arcilla, el agua presenta problemas de sedimentos que son dañinos para los peces. La turbidez por arcilla evita la producción de fitoplancton el cual es requerido para la producción de oxigeno. También una alta cantidad de arcilla en el agua puede directamente afectar a los peces.

  24. Turbidez La arcilla en el agua puede ser controlada fertilizando la laguna agregando material orgánico como bosta de vaca, paja etc., o fertilizantes industriales. Otra forma de disminuir la concentración de arcillas es precipitándolas usando sulfato de aluminio (Al2(SO4)3). La turbidez es normalmente medida utilizando un instrumento llamado disco de Secchi. Este instrumento consta de un disco de 20 cm de diámetro que esta pintado con cuadrantes blancos y negros alternados y esta unido a una cuerda calibrada. La turbidez se mide como la profundidad a la cual el disco se pierde de vista.

  25. Plancton Plancton son todos los microorganismos que están suspendidos en el agua como lo son el fitoplancton, zooplancton y las bacterias. El fitoplancton forma parte de los productores primarios del ecosistema acuático. Utilizan sales inorgánicas, CO2, agua y luz para producir su propia comida. El zooplancton vive de comer fitoplancton vivo o muerto y de otras partículas suspendidas en el agua. Como plancton se encuentra en la base de la cadena alimenticia, existe una estrecha relación entre abundancia de plancton y producción de peces.

  26. Producción de peces vs. concentración de plancton

  27. Plancton Además de favorecer el crecimiento de los peces, el plancton produce turbidez en el agua la cual previene el crecimiento de otras plantas no deseables. Existe una correlación entre la visibilidad del disco de Secchi y la abundancia de plancton. En un estanque de producción se desea tener una visibilidad entre 30 y 60 cm. Cuerpos de agua con densidades planctónicas muy grandes pueden afectar la concentración de oxígeno disuelto, al consumirlo directamente o por su propia descomposición, también pueden producir substancias que introducen un mal sabor en el tejido de los peces. Algas verdeazules (Oscillatoria tenuis, Simploca muscorum, y Anabaena sp.) que producen geosmin y metilisoborneol (MIB) son las culpables del sabor a barro en lo pece.

  28. Bien Mal

  29. -Oxigeno disuelto (O2) El oxígeno es probablemente la variable más crítica cuando se cultivan peces. La tasa de difusión de oxigeno atmosférico hacia el agua es lenta por consiguiente la fuente primaria de producción en un estanque de cultivo es la fotosíntesis realizada por el fitoplancton. Las perdidas primarias de oxígeno disuelto en un estanque incluyen la respiración por plancton, peces, organismos bentónicos y por difusión hacia la atmósfera. En sistemas de producción, él oxígeno producido por fitoplancton debe ser mayor que el oxígeno consumido por los organismos, de lo contrario la concentración de oxígeno disuelto bajara a niveles críticos.

  30. Saturación de oxígeno en función de la temperatura y la salinidad

  31. Peces sobreviven por corto periodo de tiempo Letal por largos periodos de tiempo Sobreviven pero no crecen si se exponen por largos periodos de tiempo, algunos peces tropicales lo toleran bien Rango optimo Tolerancia de los peces a bajas concentraciones de oxígeno disuelto 0 0,3 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 (mg/L)

  32. Oxígeno disuelto en función de la concentración de plancton

  33. Es importante tener en cuenta que depende de la especie su sensibilidad a diferentes concentraciones de oxígeno.

  34. -Oxigeno disuelto (O2) En resumen, la concentración de oxígeno disuelto depende mayoritariamente de la concentración de fitoplancton que esta directamente relacionada con de la intensidad de la luz. Por esto se observa una marcada fluctuación en la concentración de oxígeno disuelto durante un periodo de 24 horas.

  35. Concentración de oxígeno disuelto a lo largo de un día en un estanque de producción

  36. OD, mg/L

  37. Oxígeno disuelto y su relación con la nubosidad.

  38. Efecto de la Intensidad de Luz sobre la Concentración de Oxigeno Disuelto Concentracion (mg/L) Días

  39. -Dióxido de Carbono (CO2) • Este gas es producto de la respiración y es utilizado por plantas para producir carbohidratos. Otras fuentes de CO2 son: • Agua de la lluvia la cual se carga de CO2 cuando cae a la tierra, • El agua que se filtra a través de material orgánico presente en el suelo y que se incorpora en los lagos • Como producto de la descomposición anaeróbica de los carbohidratos en el fondo de los lagos. • El CO2 juega un papel importante en el pH del agua participando en el sistema de buffer. El CO2 puede estar presente en el agua en tres diferentes formas, como CO2 libre, como bicarbonato (HCO3) y como carbonato (CO3-) las cuales son dependientes del pH.

  40. Reacción de Carbono Inorgánico (buffer) (Roca caliza) CaCO3 ==== Ca+2 + CO3-2 (Carbonato) (Carbonato) CO3-2 + H2O ==== HCO3- (Bicarbonato) (Bicarbonato) HCO3- + H+ ==== H2CO3(Ácido carbónico) (Ácido carbónico) H2CO3 ==== H2O + CO2 (dióxido de carbono)

  41. Reacción de Carbono Inorgánico

  42. -Dióxido de Carbono (CO2) Los peces pueden tolerar altas dosis de CO2 (60 mg/L) si las concentraciones de oxígeno disuelto son altas, sin embargo concentraciones bajas como 5 mg/L ya son problemáticas. Desafortunadamente, las concentraciones de CO2 son altas cuando las concentraciones de O2 son bajas. Esto se debe a que el CO2 es liberado por le proceso de respiración y utilizado en fotosíntesis. Durante la noche solo se produce CO2 y se consume O2 en la respiración. Es común cuando se utiliza aguas de pozos subterráneos que estas posean altas concentraciones de CO2. Esto se soluciona agitando fuertemente el agua para favorecer la difusión, con esta practica también se favorece la oxigenación del agua.

  43. pH El pH es una medida de la concentración de iones hidrógeno (OH-) e indica si el agua es ácida o básica. La escala de pH varía de 0 a 14 y el punto neutral es 7. Un agua con pH por debajo de 7 es ácida y un agua con pH por encima de 7 es básica. El pH en aguas naturales es influenciado por la concentración de dióxido de carbono, el cual es una sustancia ácida. El fitoplancton y otras plantas acuáticas eliminan el CO2 durante la fotosíntesis, así el pH de un cuerpo de agua aumenta durante el día y decrece durante la noche.

  44. pH Para tener una buena idea del patrón de pH en un estanque las medidas se deben hacer temprano en la maña y en la tarde. Aguas con valores de pH entre 6.5 y 9 al comienzo del día son consideradas como las mejores para producción de peces. Para aumentar el pH en aguas ácidas se puede utilizar cal pero para disminuir el pH en aguas muy alcalinas es un proceso no tan fácil.

  45. Ph Fluctuaciones diarias de pH en un estanque de peces

  46. pH crítico pH optimo crítico 4 5 6 7 8 9 10 11 Los peces presentan diferente rangos de tolerancia al pH, por ejemplo los peces de ambientes tropicales normalmente se encuentran en aguas ácidas a diferencia de los peces de aguas frías que solo toleran aguas con pH alcalino. El pH óptimo para la producción de peces se encuentra entre 6,5 y 9

  47. Alcalinidad La alcalinidad total se refiere a la concentración total de bases en el agua expresada como mg/L carbonato de calcio (CaCO3). Reacción de Carbono Inorgánico (Roca caliza) CaCO3 ==== Ca+2 + CO3-2(Carbonato) (Carbonato) CO3-2 + H+ ==== HCO3-(Bicarbonato) (Bicarbonato) HCO3- + H+ ==== H2CO3(Ácido carbónico) (Ácido carbónico) H2CO3 ==== H2O + CO2(dióxido de carbono) El rango ideal para los peces esta entre 75 y 200 mg/L de CaCO3. También se puede describir la alcalinidad en términos de basicidad y resistencia a cambios de pH. La cantidad de ácido requerido para elevar el pH de una determinada cantidad de agua aumenta cuando la alcalinidad es mayor.

  48. Alcalinidad Aguas con una alcalinidad total moderada entre 20 y 150 mg/L no presentan drásticas fluctuaciones de pH. Para aumentar la alcalinidad se utiliza comúnmente bicarbonato de sodio o material calcáreo como cal común o roca caliza.

  49. Dureza La concentración total de iones divalentes principalmente calcio y magnesio, expresada en miligramos por litro de carbonato de calcio, es lo que se denomina como dureza total del agua. Los valores de alcalinidad total y dureza total son normalmente similares en magnitud, debido a que los iones de calcio, magnesio, bicarbonato y carbonato en el agua son derivados en cantidades equivalentes de la solución de piedra caliza en los depositos geológicos. Sin embargo, en algunas aguas la alcalinidad puede exceder la dureza y viceversa. Niveles entre 20 a 300 mg/L estan dentro de un rango ideal para el cultivo de peces. Como regla general, las aguas más favorables para el cultivo de peces, tiene valores de dureza total y alcalinidad total relativamente similares. Por ejemplo aguas con alcalinidad total 150 mg/L y dureza total de 135 mg/L son ideales para el cultivo. Los valores de dureza, al igual que para la alcalinidad, pueden aumentarse con el suministro de cal. No existe forma practica para reducir la dureza.

  50. NH3 + H NH4+ Amoníaco El amonio llega al agua como producto del metabolismo del pez y descomposición de materia orgánica por bacterias. En el agua, tanto el nitrógeno como el amoníaco se presentan en dos formas, amoníaco no ionizado (NH3) o ion amonio (NH4+). El NH3 es altamente tóxico para los peces, concentraciones de 0,6 y 2,0 mg/L son usualmente letales y se ha observado queconcentraciones de 0,1 y 0,3 mg/L son nocivas a largo plazo. El NH4+ es toxico solo en muy altas concentraciones. El pH y la teperatura regulan las proporciones de amoníaco. Un aumento de pH aumenta la proporción de amoníaco no ionizado (NH3), una disminución del pH desplaza a la reacción descrita arriba hacia la derecha favoreciendo la formación de amoníaco (NH4+) el cual no es tóxico.