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Revista chilena de historia natural

versión impresa ISSN 0716-078X

Rev. chil. hist. nat. v.76 n.1 Santiago mar. 2003

http://dx.doi.org/10.4067/S0716-078X2003000100002 

Revista Chilena de Historia Natural
76: 15-22, 2003

 

Variaciones temporales de parámetros físicos, químicos y biológicos de
un lago de altura: el caso del lago Chungará

Temporal variations of physical, chemical and biological parameters of a high altitude
lake: the case of Chungara lake

CRISTINA DORADOR, RODRIGO PARDO & IRMA VILA1

1Departamento de Ciencias Ecológicas, Facultad de Ciencias, Universidad de Chile,
Las Palmeras 3425, Santiago, Chile; e-mail: limnolog@uchile.cl

RESUMEN

El lago Chungará, es el más austral y de mayor altura de los lagos altoandinos, está ubicado a 4.520 m de altitud en el altiplano chileno (18º14' S, 69º09' O); es un lago polimíctico-frío, con origen tectónico- volcánico y 34 m de profundidad máxima. Presenta variaciones reducidas de temperatura entre profundidades y estaciones del año (4 a 11 ºC), el promedio de temperatura anual se ha incrementado en 1,2 ºC entre los períodos 1986-1987 y 1998-1999. Entre los mismos períodos se observó una disminución significativa en el volumen del lago (_6,58 %) y consecuentemente en la profundidad máxima. Conjuntamente la salinidad aumentó significativamente con valores máximos de 1.464 µmhos y 2.650 µmhos para cada período. Estos cambios pueden ser las causas de la modificación en composición y abundancia del fitoplancton, asociadas, además, a la disminución significativa de la clorofila a (P < 0,0054).

Palabras clave: volumen, temperatura, salinidad, fitoplancton.

ABSTRACT

The Chungará lake (18º14' S, 69º09' W), the most austral and highest among the intertropical andean lakes, is located at 4,520 m of altitude. It is a polymictic system of tectonic-volcanic origin with a maximum depth of 34 m. It has a narrow temperature range in depth and seasonally (4-11 ºC), and which mean annual values show an increment in 1.2 ºC between 1986-1987 and 1998-1999 periods. The system total volume has reduced significatively (-6.58 %) during both periods of study and consequently in the maximum depth. Salinity has increased significatively, presenting maximum values of 1,464 µmhos and 2,650 µmhos, respectively. These changes would be modifying the phytoplankton composition and abundance and are also probably associated to the significative chlorophyll a decrease between these two periods (P < 0.0054).

Key words: volume, temperature, salinity, phytoplankton.

INTRODUCCIÓN

Los lagos intertropicales altoandinos han sido caracterizados por poseer salinidad alta, baja variación térmica estacional en la columna fitoplanctónica estaría limitada por nitrógeno, lo cual ha sido demostrado experimentalmente por Vincent et al. (1984).

Lago Chungará, es el más austral y de mayor altura de los lagos altoandinos, se encuentra ubicado a 4.520 m de altitud en el altiplano chileno (18º14' S, 69º09' O). Es un lago polimíctico-frío, con origen tectónico-volcánico y como sistema endorreico de esta zona, presenta alto contenido salino, con profundidades máximas que han variado históricamente entre 34 y 32 m (Villwock et al. 1985, Mühlhauser et al. 1995). Estas características de lago tropical de altura y la falta de intervención humana, lo señalan como un sistema importante de estudio de los procesos que relacionen el clima, la geología y la calidad química del agua con las comunidades fitoplanctónicas, especialmente en sistemas donde los niveles de nutrientes no corresponden con la cantidad de clorofila a estimadas para el lago.

En este contexto el régimen pluvial torrencial en cortos períodos de tiempo y con arrastre de materiales que incorporarían sales minerales al sistema, se acentuarían durante los eventos cíclicos generados por el incremento de precipitaciones debido al fenómeno de El Niño (Aceituno 1997). El régimen pluvial tiene fuerte variabilidad interanual y ha sido descrito que durante la fase negativa de la Oscilación del Sur, la precipitación en el altiplano suele ser deficitaria y específicamente la cuenca del Lago Chungará presenta un balance hídrico negativo durante los últimos años (Aceituno 1997, Salazar 1997). A pesar que los lagos intertropicales se señalan como estables, la salinidad y la composición del fitoplancton del lago Chungará presentan variaciones significativas durante los últimos 13 años. Estos cambios estarían asociados a las variaciones cíclicas interanuales de la precipitación, las cuales a su vez modificarían la calidad física y química del agua.

MATERIALES Y MÉTODOS

El lago Chungará (18º14' S, 69º09' O) se ubica en el Parque Nacional Lauca, Reserva de la Biósfera de UNESCO. La hoya hidrográfica alcanza los 260 km2 (Fig. 1), con un volumen promedio de 400 Hm3 y una profundidad máxima de 34 m (Mühlhauser et al. 1995). El tributario principal es el río Chungará con un flujo entre 300-500 L s-1.

Con el objeto de analizar la calidad física y química del agua y su relación con la cantidad de clorofila a en el lago, se realizaron cuatro muestreos durante los meses de agosto, enero, mayo y septiembre, entre 1998 y 1999 en una estación fija de la zona de profundidad máxima, la cual alcanzó a los 32 m. Se obtuvieron muestras de agua con una botella Van Dorn a 0, 15 y 30 m de profundidad, midiéndose: temperatura con un termómetro digital Hanna Instruments de 0,1 de precisión, conductividad con un conductivímetro VWR y pH con un electrodo Hanna Instruments. Se determinó oxígeno disuelto según el método de Winkler (APHA 1998) y el porcentaje de saturación se calculó corrigiendo por altura. Para estimar cantidad de clorofila a, la muestra de agua fue filtrada y extraída (en frío con acetona 90 %) de acuerdo con Cabrera (1984). Para la determinación de la concentración P-PO4 se utilizó el método de Zahradnik (1981). La determinación de N-NO3 se hizo de acuerdo a Mühlhauser et al. (1987). La información obtenida se comparó con la de Mladinic et al. (1987), la cual fue medida con metodología afín, mediante un ANDEVA de dos factores y de un factor (Zar 1996).

Para evaluar cualitativamente y cuantificar el fitoplancton se tomaron muestras de agua cada 1 m entre superficie y los 7 m de profundidad. Las muestras fueron fijadas en Lugol y analizadas de acuerdo con el método de Utermöhl en un microscopio invertido modelo Olympus CK2. La abundancia se evaluó en unidades estándar/litro, cada unidad se calibró a 400 µm2, (Sournia 1978). La identificación taxonómica se realizó usando las descripciones de Liberman & Miranda (1987) y Parra & Bicudo (1995). Los resultados de composición y abundancia para el período 1998-1999 se compararon con antecedentes cualitativos y cuantitativos de fitoplancton provenientes de la misma estación de muestreo y obtenidas con la misma metodología en superficie, durante abril de 1980.

Fig 1: Ubicación geográfica y batimetría del lago Chungará (modificado de Villwock et al. 1985).

Geographic location and bathymetric map of Lake Chungará (modified from Villwock et al. 1985).

RESULTADOS

Variación de la calidad química entre meses en la
columna de agua

La conductividad (Fig. 2A y 3), presentó el valor más bajo en el período 1986-1987 y correspondió a 1.464 µmhos en septiembre 1986 a 15 m, mientras que en el período 1998-1999 la conductividad fue de 2.650 µmhos en mayo 1999 a 15 m de profundidad. La temperatura varió entre los 4,1 ºC en septiembre de 1986 a 34 m de profundidad y 11,2 ºC en enero de 1999 en la superficie (Fig. 2C y 3). El pH (Fig. 3B) se mantuvo básico en ambos períodos y sus valores máximos fluctuaron entre 9,5 en mayo 1987 a 15 m de profundidad y 9,8 en agosto 1998 a 32 m de profundidad.

Con respecto a los nutrientes el P-PO4 (Fig. 2E) presentó el máximo en mayo de 1987 con 872 µg L-1 y mínimo en septiembre 1986 con 584 µg L-1. El valor máximo de N-NO3 (Fig. 2D) se observó en superficie durante mayo 1987 y alcanzó los 250 µg L-1, el mínimo se presentó en septiembre de 1986 con 14 µg L-1 a 15 m.

La clorofila a (Fig. 2F) fluctuó entre los 0,34 mg L-1 a 15 m en enero de 1999 y 8,74 mg L-1 en mayo de 1999 a la misma profundidad. La concentración de oxígeno disuelto presentó fluctuaciones menores a profundidades diferentes, con la excepción de enero de 1999 (8,77 y 4,19 mg L-1; 126,35 y 63,89 % de saturación respectivamente). Los valores fluctuaron en superficie entre 5,13 mg L-1 (76,2 % de saturación) en diciembre de 1986 y 9,02 (114,42 % saturación) en agosto de 1998. A 32 m fluctuaron entre 4,93 mg L-1 (70,92 % saturación) en diciembre de 1986 y 8,9 mg L-1 (112,14 % saturación) en agosto de 1998.

La temperatura, conductividad, nitratos, fosfatos y clorofila a, durante los periodos 1986-1987 y 1998-1999 presentaron diferencias significativas entre los meses estudiados (Tabla 1). Por otra parte, se encontró que la clorofila a, fosfatos, temperatura y conductividad no diferían entre profundidades durante ambos períodos, sólo los nitratos presentaron diferencias en la columna de agua, debido posiblemente a la influencia de los meses de mayo y octubre de 1987, los que además de ser los que poseen valores más altos, son los que presentaron mayores diferencias entre profundidades (Fig. 2D). Apoyados en el hecho de que los meses estudiados presentan una marcada homogeneidad en la columna de agua se decidió tomar, para los análisis siguientes las tres profundidades como réplicas de las variables en cada mes.

Fig 2: Variables físicas: (A) conductividad, (B) pH, (C) temperatura. Variables químicas: (D) N-NO3, (E) P-PO4 y (F) Clorofila a. Promedios de las tres profundidades estudiadas, las cajas el error estándar y las líneas marcan 1,96 veces el error estándar.

Physical variables: (A) conductivity, (B) pH, (C) temperature. Chemical variables: (D) N-NO3, (E) P-PO4 and (F) Chlorophyll a. Average values for three depth analyzed, boxes the standard error and lines mark 1.96 times the standard error.


Fig 3: Temperatura (°C), volumen (Hm3) y conductividad (µmhos) del lago Chungará durante los períodos de estudio. Las líneas segmentadas y punteadas representan la tendencia de estas variables en el tiempo.

Lake Chungará temperature (°C), volume (Hm3) and conductivity (µmhos) during the study periods. The dash and dotted line represents the tendency of these variables in time.

Variabilidad entre años

El volumen del lago disminuyó significativamente durante los últimos 13 años (ANDEVA dos factores sin réplica, P > 0,0017), mostrando un descenso en un 6,58 % durante los dos períodos de estudio que correspondieron a los años 1986-1987 y 1998-1999, con promedios de 412,32 ± 0,69 Hm3 y 385,17 ± 2,62 Hm3. El volumen muestra estabilidad anual, no presentando diferencias entre estaciones del año (ANDEVA dos factores sin réplica, P > 0,425) (Fig. 3).

Al comparar, mediante ANDEVAS de dos factores con réplica entre años y meses (Zar 1996) el período de estudio 1998-1999 con el estudio efectuado entre los años 1986 y 1987 se encontró que los factores analizados presentaron variaciones altamente significativas entre estaciones del año (Tabla 2) y que tanto la temperatura, que aumentó de 6,41 ± 1,76 º C a 7,64 ± 2,89 ºC como la conductividad, cuyos promedios y sus respectivas desviaciones estándar varían desde 1.350,3 ± 20,33 a 1.775,8 ± 148,85 µmhos, presentaron diferencias significativas entre períodos. Por el contrario, la clorofila a disminuyó entre los dos períodos de estudio (2,0 y 1,9 mg L-1, Tabla 2), cabe mencionar que para este último análisis no se incluyó la estación de otoño debido a que no existían observaciones anteriores para este período; para precisar el nivel de resolución del análisis, se realizó un ANDEVA de un factor (Zar 1996) para la clorofila a, tomando todos los meses estudiados (Fig. 2F) presentando diferencias entre meses y observándose una división de los meses según sus cantidades. Los meses de octubre de 1987 y enero de 1999 presentaron los valores más bajos diferenciándose significativamente del mes de mayo de 1999 que mostró la mayor cantidad (prueba de Tukey; P < 0,04 y P < 0,004, respectivamente), además se observó que enero de 1999 se diferenció de septiembre de 1986 y diciembre de 1986 (prueba de Tukey; P< 0,02 para ambos). No se encontraron diferencias entre períodos en los valores de pH, el cual aumentó levemente de 9,15 ± 0,2 a 9,24 ± 0,26, del fósforo que varió de 742,58 ± 29,63 a 736,78 ± 5,89 µg L-1 ni del nitrógeno que presentó promedios de 107 ± 31,03 µg L-1 y 60,25 ± 3,43 µg L-1 para cada período (Tabla 1).

La Tabla 3 detalla la abundancia relativa de las microalgas durante abril de 1980, mes durante el cual el grupo más abundante estuvo representado por Clorophyceae y Bacillariophyta siendo las especies más representativas Botryococcus braunii Kutzing, Stephanodiscus astraea (Kutz.) Grunow y Lagynion sp. Durante el período 1998-1999 los grupos más abundantes fueron Chlorophyceae y Bacillariophyta con las especies más representadas por Coelastrum microporum Naegeli, Botryococcus braunii Kutzing y Stephanodiscus astraea (Kutz.) Grunow. Bacillariophyta fue el grupo más abundante durante el mes agosto 1998 (79,8 %), uno de los meses más fríos, mientras que Clorophyceae presenta las mayores abundancias durante los meses más cálidos: abril de 1980, enero de 1999, mayo de 1999 y septiembre de 1999.



DISCUSIÓN

El lago Chungará es un sistema polimíctico frío con amplitud de variaciones de temperatura reducida estacionalmente y en profundidad, típica de las regiones tropicales a semejanza del lago Menor y de las bahías poco profundas en la cuenca del lago Titicaca (Iltis et al. 1991, Aceituno 1997, Salazar 1997), esta estabilidad anual disminuye la variación de los factores físicos responsables de la dinámica de la composición y abundancia de las microalgas, asociándose principalmente a dos períodos: de lluvias y de período seco.

El aumento de la temperatura del lago entre los años 1986 y 1999 podría deberse a la disminución en el volumen del lago, el cual ha perdido aproximadamente un 7 % durante el mismo período. El mayor contenido salino, que se observa en los valores de conductividad del agua se explica por los procesos de erosión que ocurren en la cuenca como producto de avenamiento en los terrenos aledaños, hecho especialmente notorio durante el período estival y procesos de concentración salina en los períodos de menor pluviosidad debido a la disminución del volumen del lago.

Los procesos biogeoquímicos de los lagos altoandinos se ven influenciados por la geomorfología de la cuenca, flujo de irradiación solar importante, bajas temperaturas y deficiencia de oxígeno, variables que conjuntamente con la disponibilidad de nutrientes regulan la producción biológica (Vincent et al. 1986). En el caso particular del lago Chungará, se observó que los valores de P- PO4 y N-NO3 no presentaron diferencias entre períodos, por lo que los cambios de la productividad del sistema reflejado en la clorofila a, se deberían a cambios en otros factores tales como el aumento de la conductividad y/o temperatura. Esta última, se ha considerado como el factor modelador de mayor relevancia en cuanto a la productividad y estructura fitoplanctónica (Reynolds et al. 2000).

Los valores de P-PO4 corresponden a valores de sistemas eutróficos (Ryding & Rast 1992). Wurtsbaugh et al. (1991) e Iltis (1991) discuten la generalización aceptada del fósforo como elemento limitante de la producción fitoplanctónica, hecho que no se produce en los lagos intertropicales. A semejanza de lo que ocurre con otros lagos tropicales y con los lagos nordpatagónicos (Weinstein 2002), el lago Chungará mostraría también limitación por nitrógeno. Debido a las características medioambientales de este lago de altura es interesante analizar la estructura de la comunidad fitoplanctónica como primera aproximación hacia un estudio detallado de las fluctuaciones que experimentarían estas comunidades frente a efectos antrópicos y/o a las variables hidrológicas del altiplano ya que de acuerdo con Andrew et al. (1989), el zooplancton muestra bajas tasas respiratorias y tiene principalmente distribución superficial, razón por la cual la herviboría no explicaría la reducida biomasa algal.

La riqueza de especies de microalgas es relativamente baja en estos sistemas y más que endemismo, las especies dominantes presentarían adaptaciones a las condiciones ambientales de cada período. El lago Chungará presenta una riqueza de especies menor que el lago Titicaca.

El aumento en un grado de temperatura desde el período 1986-1987 al 1998-1999, podría explicar la disminución en la clorofila a, debido posiblemente a la presencia de especies menos tolerantes a temperaturas mayores, siendo las especies presentes en el lago, más bien, cosmopolitas. Es decir, se estarían flexibilizando los factores limitantes de la producción biológica, lo que ha permitido el aumento de la riqueza de especies.

La información limnológica acerca del lago Chungará es aún fragmentaria y requiere conjuntamente de la comprobación experimental con la obtención de información a largo plazo, conocimiento que permitiría explicar las respuestas de los organismos planctónicos a las condiciones de altura. Sin embargo, las características de estos sistemas permitirían afirmar su fragilidad ante los balances hidrológicos negativos del área y la tendencia del sistema a disminuir su volumen de agua. El lago Chungará podría estar disminuyendo su volumen a niveles críticos dado que por las características de los suelos de la cuenca (Charrier 1997) este podría ser un factor que aceleraría el proceso de salinización del sistema lacustre.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Dirección General de Aguas (DGA), Departamento de Estudios del Ministerio de Obras Públicas por el financiamiento parcial del trabajo en terreno y en especial al Señor Carlos Salazar. Por el apoyo técnico se agradece a Vilma Barrera y Lorena Soto, y finalmente, por los valiosos comentarios a Vivian Montecino y a dos correctores anónimos.

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Editor Asociado: Vivian Montecino
Recibido el 17 de diciembre de 2001; aceptado el 16 de octubre de 2002