Textura, materia orgánica, carbono orgánico y nitrógeno total

Textura, materia orgánica, carbono orgánico y nitrógeno total

7.5 TEXTURA, MATERIA ORGÁNICA, CARBONO ORGÁNICO
Y NITRÓGENO TOTAL, EN SEDIMENTOS MARINOS
SUPERFICIALES DE LA X REGIÓN.
(CONA-C10F 04-17)
María Inés Astorga & Nelson Silva*
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Escuela de Ciencias del Mar
Laboratorio de Biogeoquímica Marina
[email protected]*
INTRODUCCIÓN
Los sistemas estuarinos y los fiordos han llegado a ser de gran importancia para
el hombre debido a sus peculiares características ambientales, las que han permitido
el establecimiento de asentamientos humanos y de cultivos de especies marinas. Sin
embargo, se debe tener en cuenta que estos sistemas, a parte de ofrecer un ambiente
adecuado para el establecimiento de estos cultivos, poseen características que los
constituyen en ambientes extremadamente frágiles frente al uso que se les pueda dar.
De aquí que se hace indispensable el estudio riguroso de ellos con el fin de poder
explotarlos de manera sustentable.
Entre los aspectos ambientales necesarios de conocer, está el de los componentes químicos del sedimento, tales como el contenido de materia orgánica, carbono
y nitrógeno. Estos componentes pueden ser utilizados como indicadores de posibles
situaciones de contaminación.
Por otra parte se sabe que cuando se tienen cuencas aisladas producto de la
presencia de restricciones batimétricas al libre intercambio de las aguas es muy factible la presencia de contaminación más aún si consideramos el creciente establecimiento de cultivos como salmoneras, que sin ninguna duda se puede afirmar que
añaden una cantidad extra de materia orgánica al sedimento de la zona.
Los sedimentos tienen una importante función reguladora en el ecosistema costero debido a que ellos son una gran fuente de almacenaje de nutrientes y materia
orgánica, lo cual afecta de manera directa al balance de oxígeno de las aguas de fondo
y permiten la renovación o liberación de nutrientes nuevos hacia la columna de agua,
lo que finalmente también afecta la producción de fitoplancton (Jorgensen,1996).
También se debe tener en cuenta que en los sedimentos costeros existe una alta tasa
de metabolismo microbial, lo que puede provocar un estado de hipoxia o anoxia tanto
en los sedimentos como en los estratos suprayacentes de la columna de agua según
como sea la acumulación de materia orgánica y la tasa de ventilación (Libes, 1992).
Los sistemas estuarinos y fiordos son sistemas que en general están sujetos a
un gran aporte de materia orgánica particulada proveniente de los ríos y de la productividad primaria que tengan estos sistemas en particular. Además se sabe que son
sistemas relativamente someros, lo que facilita que la materia orgánica llegue rapida— 203 —
Crucero CIMAR 10
mente al fondo y se acumule en él (Dyer, 1973). Existen por otra parte algunos
fiordos que en su cabeza presentan ventisqueros, lo que produce que el aporte de
material inorgánico producto de la erosión del hielo sobre las rocas, provoque que sus
sedimentos presenten concentraciones evidentemente menores de materia orgánica
particulada. Éstas menores concentraciones de materia orgánica se deben al gran
aporte de material inorgánico y/o a la menor productividad primaria debido, ésta última, a la menor penetración de la luz (<1m, Pickard, 1971), producto de la presencia
de material fino (“glacial silt”) en suspensión.
El presente trabajo tiene como objetivo general conocer la distribución superficial de la textura, contenidos de materia orgánica, carbono orgánico, carbono inorgánico y nitrógeno total. Por otra parte se pretende establecer la estequiometría C:N del
sedimento superficial de la zona de estudio.
MATERIALES Y MÉTODOS
El crucero CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1, se realizó durante los días 20 al 31 de
agosto de 2004 entre Puerto Montt y la boca del Guafo (41º 31’ S a 43º 40’ S). El
muestreo comprendió 38 estaciones marinas y 4 estaciones en ríos (Petrohué, Puelo,
Riñihue y Yelcho) (Fig. 1). El sedimento marino fue colectado con un Box Corer, de
donde se obtuvieron muestras de aproximadamente 250 g en los primeros dos centímetros. Las muestras de los ríos fueron tomadas mediante buceo. Las muestras húmedas fueron guardadas en bolsas de polietileno y conservadas congeladas hasta su
análisis físico y químico. Una vez descongeladas, se retiró la macrobiota, se
homogeneizaron y se tomaron sub muestras, las que fueron secadas a 60º C y luego
molidas hasta polvo muy fino.
La granulometría fue determinada mediante el tamizado vía húmeda, separando
las fracciones de acuerdo a la escala de Udden Wentworth.
El contenido de materia orgánica total (MOT) fue determinado gravimétricamente
por la técnica de pérdida de peso por ignición (Byers et al., 1978), calcinando la
muestra en una mufla a temperatura constante de 450 ºC durante cuatro horas. Dicho
análisis se realizó por triplicado expresándose los resultados como porcentaje (%) de
materia orgánica.
El carbono total (C-tot.) fue determinado mediante combustión a 1.300 ºC en
un equipo analizador elemental para carbón LECO CR-12. Para el análisis de carbono
orgánico (C-org.) primero se eliminaron los carbonatos mediante acidificación de las
muestras con HCl 1:1 y el carbono orgánico remanente fue determinado en el LECO
CR-12. El carbono inorgánico se determinó por diferencia entre C-tot. y C-org.
El nitrógeno total (N-tot.) fue determinado usando la técnica de micro-Kjeldhal
modificada por Branstreet (Walton, 1970).
Para la calibración de los análisis de carbono y nitrógeno se utilizaron estándares
de sedimento certificados de acuerdo a las normas del National Institute of Standards
and Technology (NIST). El análisis de carbono y nitrógeno fueron realizados en dupli-
— 204 —
cado y los resultados se expresaron como porcentajes (%). Para el cálculo de relaciones estequiométricas de carbono y nitrógeno se utilizaron las unidades de µg-at C/g
sedimento seco y µg-at N/g sedimento seco.
Para el análisis de la distribución geográfica de la textura y de los diferentes
compuestos químicos del sedimento, se prepararon mapas de la concentración de
cada uno de ellos. Con tal motivo la textura fue agrupada en tres clases: gravas (> 4
mm); arenas (4 - 0,063 mm) y limo+arcillas (< 0,063 mm) y las concentraciones de
MOT, C-org., C-inorg. y N-tot. se agruparon en escalas arbitrarías de cinco clases
para MOT y N-tot. y de seis clases para C-inorg. y C-org.
RESULTADOS
La textura estuvo compuesta preferentemente por arenas y fangos. La participación de las gravas fue baja y en general menor de 1% en 7 muestras de un total de
42. Las muestras con alto contenido de limo-arcilloso se ubicaron preferentemente en
zonas más protegidas, como depresiones batimétricas o micro cuencas y las con
mayor contenido de arenas en zonas más afectadas por las corrientes como son
canales someros y los ríos (Fig. 2).
La MOT fluctuó entre 0,2 y 10,8%, el C-org. entre 0,1 y 2,6%, el C-inorg.
entre 0 y 0,55% y el N-tot. entre 0,01 y 0,36%. Las mayores concentraciones de
MOT, C-org., C-inorg. y N-tot. se ubicaron preferentemente en la zona al norte del
grupo de islas Desertores y las menores al sur de éstas (Figs. 3-6).
DISCUSIÓN
La granulometría en la zona de estudio, al igual como ha sido observada en
otras zonas de los canales y fiordos australes chilenos (Silva, et al., 1998; Silva &
Ortíz, 2002), presentó una asociación inversa con la concentración de materia orgánica (Fig. 8). Las zonas con altos valores de componentes orgánicos, al norte de las
islas Desertores, estuvo constituida en su mayoría por sedimento fino de tipo limoarcilloso. La zona con bajas concentraciones de componentes orgánicos (boca del
Guafo y al oeste de las islas Desertores), presentó sedimento arenoso más grueso.
Los ríos Petrohué, Reñihue y Yelcho, presentaron sedimento de tipo arenoso y
bajos valores de material orgánico (MOT<2,5%; C-org. <0,8% N-tot. <0,1%), esto
podría deberse a lo caudaloso de estos ríos, por lo cual el material orgánico fino sería
arrastrado, evitándose la deposición de éste. Escapa a lo anterior el río Puelo, el cual
a pesar de presentar un sedimento tipo arenoso su concentración de material orgánico
fue alto (MOT>5%; C-org. >2,4% N-tot. >0,1%).
La distribución de los componentes orgánicos e inorgánicos biogénicos del sedimento en los canales y fiordos de la X Región, se podría explicar sobre la base de
zonas de alta y baja producción biológica. Esta producción se ve favorecida por el
efecto protector que ejercen las islas y canales interiores, como así mismo el efecto
del océano y ríos aledaños a través del aporte de nutrientes.
— 205 —
Crucero CIMAR 10
Silva et al. (1997) indicaron que la zona al norte de las islas Desertores, corresponde a una zona estuarina que recibe el aporte de agua dulce de ríos mayores (Petrohué,
Puelo, Reñihue, entre otros). Esto permite la presencia de una columna de agua de
alta estabilidad debido a las bajas salinidades superficiales, lo que sumado a los altos
contenidos de silicato, favorecería el crecimiento de organismos fitoplanctónicos y a
su vez al alto contenido de material orgánico del sedimento (MOT>5%; C-org. >1,6%
N-tot. >0,2%).
En el caso de la zona al oeste de las islas Desertores, que presentó concentraciones intermedias de componentes orgánicos (MOT 2,5-5%; C-org.; 0,8-1,6%; Ntot 0,1-0,2%), esta puede explicarse sobre la base de zonas geográficamente protegidas, pero con menor aporte de aguas dulces ricas en silicatos ya que en la zona de
Chiloé insular no hay ríos importantes.
Debido a lo ancho de la boca del Guafo, las bajas profundidades de ella y del
golfo Corcovado (<150 m) y lo tormentoso de la zona, genera las condiciones adecuadas para una alta mezcla vertical de la columna de agua (Silva et al., 1997). Esta
zona de alta mezcla vertical no facilitaría las condiciones necesarias para el crecimiento del plancton. Por otra parte, las corrientes de marea en esta zona evitarían que el
sedimento fino, generalmente más rico en materia orgánica, se logre depositar en el
fondo. Lo anterior explicaría las bajas concentraciones de compuestos orgánicos e
inorgánicos biogénicos en esta zona.
La degradación de la materia orgánica, se realiza generalmente utilizando el
oxígeno disuelto presente en la columna de agua o en el agua intersticial, por lo que
éste bajo una cierta profundidad comienza a disminuir y en algunas ocasiones se
agota, generándose una zona anóxica (Libes,1992). De acuerdo a Silva et al. (1995 y
1997), en la zona de estudio no se han encontrado zonas anóxicas en la columna de
agua. Estos autores indican que la circulación estuarina del sector permite una ventilación adecuada de las capas más profundas de las microcuencas de la zona, evitando
la presencia de zonas anóxicas profundas.
La razón C:N para fitoplancton marino es de 6,6 (Redfield et al., 1963) y en el
sedimento marino fresco varía entre 7 y 10 (Rullköter, 2000), mientras que en las plantas
terrestres es mayor de 20 (Deevy, 1973). Debido a esto, es posible utilizar la relación C:N
como un “proxy” para inferir, en una primera aproximación, la procedencia del material
que compone el sedimento. En el caso de los sedimentos de la zona, la asociación lineal
de todos los valores ce C-org v/s N-tot. del sedimento (excluyendo los ríos) tuvo una
pendiente de 8,3 y r2 0,96 (Fig.7), se puede inferir en una primera aproximación que éste
correspondería mayoritariamente a sedimento marino fresco. Sin embargo, se debe tener
en cuenta que la zona posee abundantes bosques autóctonos aledaños, por lo que también debe existir alguna contribución de material terrestre.
Al eliminar los puntos C:N que se ubican más a la izquierda de la recta de
regresión, los que corresponden a las estaciones costeras orientales (Ests. 4, 6, 7,
17, 18, 19 y 23; Fig. 7), la pendiente de la recta cambia a 7,84 y r2 0,98. Estas
estaciones, están cerca de la costa de Aysén continental y de algunos ríos importantes como Petrohué, Puelo, Reñihue, y por lo tanto debieran recibir un mayor aporte de
material edáfico que las otras más al occidente, por este motivo estas estaciones
— 206 —
presentan valores C:N individuales más altos que las otras estaciones (Fig. 7). Es así que
por ejemplo la estación 7 en la cabeza del estuario Reloncaví presenta un valor C:N alto
(11,4), donde desemboca el río Petrohué que presenta el mayor valor de C:N (24,5).
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— 208 —
hué
Río Petro
P. Montt
1
CIMAR 10 Fiordos
Estaciones
2 3
10
13
42º
S
12
15
5
4
6
elo
8
Río Pu
14
G. Ancud
16
17
18
20
24
21
26
25
Castro
41
2728
29
22
Río
30
19
23
Reñ
ihue
35
G. Corcovado
43º
43
46
50
34
39
Río Yelcho
37
Ba. Tic-Toc
45
Boca del Guafo
44º
75,0º W
74,0º
73,0º
Figura 1: Ubicación geográfica de las estaciones (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 209 —
7
Crucero CIMAR 10
Gravas
Río Pe
trohué
Arenas
Limo y Arcillas
elo
Río Pu
42º
S
TEXTURA
Río
Re
ñih
ue
43º
44º
75,0º W
Figura 2:
74,0º
73,0º
72,0º
Distribución de textura del sedimento superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 210 —
0 - 2,5
2,5 - 5,0
Río Pe
5 - 7,5
7,5 - 10,0
trohué
10,0 - 12,5
42º
S
Río Pu
MOT(%)
Río
Re
ñih
elo
ue
43º
Río Yelcho
44º
75,0º W
74,0º
73,0º
72,0º
Figura 3: Distribución de contenido de materia orgánica total del sedimento superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 211 —
Crucero CIMAR 10
0 - 0,8
0,8 - 1,6
1,6 - 2,4
2,4 - 3,2
Río
tr
Pe
oh
ué
3,2 - 4,0
42º
S
Río Pu
C-ORGÁNICO(%)
Río
Re
ñih
elo
ue
43º
Río Yelco
44º
75,0º W
74,0º
73,0º
72,0º
Figura 4: Distribución de contenido del contenido de carbono orgánico del sedimento superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 212 —
0 - 0,3
0,3 - 1,0
1,0 - 1,8
etrohu
Río P
é
1,8 - 2,4
2,4 - 3,2
42º
S
Río Pu
3,2 ¨- 9,4
elo
C-INORGÁNICO(%)
Río
Re
ñih
ue
43º
Río Yelcho
44º
75,0º W
74,0º
73,0º
72,0º
Figura 5: Distribución de contenido del contenido de carbono inorgánico del sedimento superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 213 —
Crucero CIMAR 10
0 - 0,1
Río Pe
0,1 - 0,2
trohué
0,2 - 0,3
0,3 - 0,4
42º
S
uelo
Río P
0,4 - 0,5
N-total (%)
Río
Re
ñih
ue
43º
Río Yelcho
44º
75,0º W
74,0º
73,0º
72,0º
Figura 6: Distribución de contenido de nitrógeno total del sedimento superficial (CIMAR
10 Fiordos, Etapa 1).
— 214 —
2500
2000
16
14
19
ug-átC/g
3
17
18
1500
22
1
15
41
6
7
1000
29
24
5
37
2 27
50
20
4
mg-át C/g = 8.30*mg-át N/g + 24
R2= 0.96
23 8
35 45
500
13 34
28 43 30
1012
39 9 25
2126 46
0
0
100
mg-át N/g
200
300
Figura 7: Regresión lineal del contenido de carbono orgánico V/S contenido de nitrógeno total del sedimento superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 215 —
Crucero CIMAR 10
100
29
23
24
7 17 15 16 22
2
0
14
18
19
3
37
5
20
6
80
60
40
45
50
35
20
40
60
Arenas (%)
Limo + arcillas (%)
1
41
27
43
12
30
8
80
34 13
20
46 10
26
9 39
25
28
100
21
0
0
2
4
6
8
10
12
MOT (%)
Figura 8: Dispersión de la textura V/S materia orgánica total (MOT) del sedimento
superficial (CIMAR 10 Fiordos, Etapa 1).
— 216 —