Exceso de fósforo (P) y actividad humana en ecosistemas fluviales: dinámica del P, biomarcadores microbianos y estrategias para su remediación

Proyecto CEAB

FLUVIAL-PREMOVAL

El proyecto Fluvial-Premoval tiene por objetivo final aportar nuevas herramientas para la gestión y mitigación de los efectos de la contaminación por fósforo (P) en ecosistemas fluviales, uno de los problemas ambientales con mayor prevalencia y persistencia que afecta a la calidad de las aguas superficiales en todo el mundo.

El proyecto plantea una aproximación transdisciplinar e innovadora, combinando técnicas de bioingeniería, experimentos en mesocosmos, exploración de patrones en un caso de estudio (el río Ter) y la caracterización de biomarcadores microbianos del biofilm fluvial.

 

Fluvial-Premoval, aborda la contaminación por fósforo (P) en los sistemas fluviales, un problema ambiental extremadamente relevante y complejo con implicaciones a largo plazo y a escala mundial, de difícil solución y que se espera que aumente en el futuro.

Fluvial-Premoval propone un enfoque transdisciplinario e integrador, con ideas innovadoras derivadas de principios y métodos de investigación avanzada en áreas de investigación complementarias (biogeoquímica fluvial, ecotoxicología microbiana y ecología de restauración), en colaboración con otros grupos de investigación, empresas y actores sociales interesados en este problema ambiental y de calidad del agua.

El objetivo central de Fluvial-Premoval es obtener información sobre los factores y mecanismos que controlan la dinámica de P en los ecosistemas fluviales sometidos a presiones humanas y examinar cómo las comunidades microbianas del biofilm fluvial integran las presiones asociadas a la disponibilidad de fósforo.

Fluvial-Premoval quiere proporcionar conocimiento y herramientas para los agentes del territorio que les permitan evaluar los problemas asociados con la biodisponibilidad de P y ayudar a mitigar sus efectos en los ecosistemas fluviales.

El proyecto está organizado en dos paquetes de trabajo (WP). En el WP1 se caracterizará la variación espacial a lo largo de un gradiente de impacto humano de las formas de P en una cuenca de estudio, el río Ter, y se describirán los atributos estructurales y funcionales del biofilm a lo largo de este gradiente, usando análisis moleculares de la comunidad microbiana.

En este WP también se evaluará, bajo condiciones experimentales controladas (canales “indoor”) las diferencias en biodisponibilidad entre fósforo disuelto y particulado, y también entre P orgánico e inorgánico y cómo está modulado por la litología (calcárea versus silícea), y se evaluaran su destino y los efectos sobre el biofilm.

Estos experimentos contribuirán a comprender los patrones observados en el campo y confirmar los vínculos esperados entre la disponibilidad de P y las respuestas del biofilm.

En el WP2 se evaluará cómo las características hidromorfológicas de tramos fluviales, como factor que modifica la retención hidrológica y la configuración del hábitat fluvial, y los cambios en la disponibilidad relativa de nitrógeno inorgánico disuelto y carbono orgánico disuelto, como un factor que influye en la actividad biótica, pueden influir en la retención de P a nivel de tramo.

Las tareas incluidas en el WP2 se llevaran a cabo en la plataforma experimental Urban River Lab (www.urbanriverlab.com), y en un arroyo de 360 m reconstruido mediante técnicas de bioingeniería con tres tramos distintos de 80 m.

También se investigará el papel del biofilm en la captación de P en estos tramos experimentales y cómo las interacciones recíprocas entre la disponibilidad de P y los atributos estructurales y funcionales del biofilm asociados con el ciclo de P varían entre los diferentes hábitats. La variabilidad en los marcadores de P del biofilm observados a escala de hábitat se comparará con la observada a mayor escala espacial en el WP1.

Esta comparación permitirá ampliar el conocimiento sobre el uso de marcadores de fósforo del biofilm a distintas escalas de observación.

Acuña V, Guasch H, Giorgi A, Izagirre O (2009). Flujo de energía en el ecosistema fluvial: metabolismo fluvial. Conceptos y técnicas en ecología fluvial. Editors: Arturo Elosegi i Sergi Sabater, capítol 20, p. 367-386. ISBN: 978-84-96515-87-1. http://hdl.handle.net/10256/10261

Argudo M, Gicha F, Bonet B, Espinosa C, Gutiérrez M, Guasch H (2020). Responses of resident (DNA) and active (RNA) microbial communities in fluvial biofilms under different polluted scenarios. Chemosphere 242: 125108. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125108

Battin TJ, Besemer K, Bengtsson MM, Romani AM, Packmann AI (2016). The ecology and biogeochemistry of stream biofilms. Nature Reviews Microbiology 14: 251-263. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2016.15

Bernal S, Lupon A, Ribot M, Sabater F, Martí E (2015). Riparian and in-stream controls on nutrient concentrations and fluxes in a headwater forested stream. Biogeosciences 12: 1941-1954. https://doi.org/10.5194/bg-12-1941-2015

PDF. Bernal S, Lupon A, Wollheim WM, Sabater F, Poblador S, Martí E (2019). Supply, demand, and in-stream retention of dissolved organic carbon and nitrate during storms in Mediterranean forested headwater streams. Frontiers in Enviornmental Science 7: 60. https://doi.org/10.3389/fenvs.2019.00060

Bussi G, Whitehead PG, Gutiérrez-Cánovas C, Ledesma JLJ, Ormerod SJ, Couture R (2018). Modelling climate and land-use change impacts on nitrate and aquatic ecosystems in the River Wye (Wales). Science of the Total Environment 627: 733-743. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.01.295

Freixa, A, Perujo, N, Langenheder, S, Romaní, AM (2020). River biofilms adapted to anthropogenic disturbances are more resistant to WWTP inputs. FEMS Microbiology Ecology 96(9): fiaa152. https://doi.org/10.1093/femsec/fiaa152.

Gacia E, Bernal S, Nikolakopoulou M, Carreras E, Morgado L, Ribot M, Isnard M, Sorolla A, Sabater F, Martí E (2019). The role of helophyte species on nitrogen and phosphorus retention from wastewater treatment plant efluents. Journal of Environmental Management 52: 109585. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109585

Gomez N, Donato JC, Giorgi A, Guasch H, Mateo P, Sabater S (2009). La biota de los ríos: los microorganismos autótrofos. Conceptos y técnicas en ecología fluvial. Editors: Arturo Elosegi i Sergi Sabater, capítol 12, p. 219-242. ISBN: 978-84-96515-87-1. http://hdl.handle.net/10256/10259

Guasch H, Serra A (2009). Uso de ríos artificiales en ecología fluvial. Conceptos y técnicas en ecología fluvial. Editors: Arturo Elosegi i Sergi Sabater, capítol 21, p. 387-395. ISBN: 978-84-96515-87-1. http://hdl.handle.net/10256/10262

Lannergård E, Ledesma JLJ, Fölster J, Futter MN (2019). An evaluation of high frequency turbidity as a proxy for riverine total phosphorus concentrations. Science of the Total Environment 651: 103-113. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.09.127

Lupon A, Martí E, Sabater F, Bernal S (2016). Green light: gross primary production influences seasonal stream N export by controlling fine‐scale N dynamics. Ecology 97(1): 133-144. https://doi.org/10.1890/14-2296.1

Lupon A, Denfeld BA, Laudon H, Leach J, Karlsson J, Sponseller RA (2019). Groundwater inflows control patterns and sources of greenhouse gas emissions from streams. Limnology and Oceanography 64(4): 1545-1557. https://doi.org/10.1002/lno.11134

Lupon A, Catalán N, Martí E, Bernal S (2020). Influence of dissolved organic matter sources on in-stream net dissolved organic carbon uptake in a Mediterranean stream. Water 12(6): 1722. https://doi.org/10.3390/w12061722

PDF. Martí E, Feijoó C, Vilches C, Ferreiro N, Gantes P, Ranieri C, Torremorell A, Rodríguez-Castro MC, Gultemiriam ML, Giorgi A, Sabater F (2020). Diel variations of nutrient retention and metabolism are coupled for ammonium but not for phosphorus in a lowland stream. Freshwater Science 39(2): 268-280. https://doi.org/10.1086/708933

Nikolakopoulou M, Argerich A, Drummond JD, Gacia E, Martí E, Sorolla A, Sabater F (2018). Emergent Macrophyte Root Architecture Controls Subsurface Solute Transport. Water Resources Research 54(9): 5958– 5972. https://doi.org/10.1029/2017WR022381

Proia L, Romaní A, Sabater S (2017). Biofilm phosphorus uptake capacity as a tool for the assessment of pollutant effects in river ecosystems. Ecotoxicology 26(2): 271-282. https://doi.org/10.1007/s10646-017-1761-z

Proia L, von Schiller D, Gutierrez C, Casas-Ruiz JP, Gómez-Gener L, Marcé R, Obrador B, Acuña V, Sabater S (2016). Microbial carbon processing along a river discontinuum. Freshwater Science 35(4): 1133-1147. https://doi.org/10.1086/689181

Ribot M, von Schiller D, Martí E (2017). Understanding pathways of dissimilatory and assimilatory dissolved inorganic nitrogen uptake in streams. Limnology and Oceanography 62(3): 1166-1183. https://doi.org/10.1002/lno.10493

PDF. Serra A, Guasch H, Admiraal W, Van der Geest HG, Van Beusekom SAM (2010). Influence of phosphorus on copper sensitivity of fluvial periphyton: the role of chemical, physiological and community-related factors. Ecotoxicology 19(4): 770–780. https://doi.org/10.1007/s10646-009-0454-7

PDF. Serra A, Guasch H, Martí E, Geiszinger A (2009). Measuring in-stream retention of copper by means of constant-rate additions. Science of the Total Environment 407(12): 3847-3854. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.01.056

PDF. Tank JL, Martí E, Riis T, Von Schiller D, Reisinger AJ, Dodds WK, Whiles MR, Ashkenas LR, Bowden WB, Collins SM, Crenshaw CL, Crowl TA, Griffiths NA, Grimm NB, Hamilton SK, Johnson SL, McDowell WH, Norman BM, Rosi EJ, Simon KS, Thomas SA, Webster JR (2018). Partitioning assimilatory nitrogen uptake in streams: an analysis of stable isotope tracer additions across continents. Ecological Monographs 88(1): 120-138. https://doi.org/10.1002/ecm.1280

PDF. Vilalta E, Guasch H, Muñoz I, Navarro E, Romaní AM, Valero F, Rodríguez JJ, Alcaraz R, Sabater S (2003). Ecological factors that co-occur with geosmin production by benthic cyanobacteria. The case of the Llobregat River. Algological Studies 109(1): 579-592. https://doi.org/10.1127/1864-1318/2003/0109-0579

Von Schiller D, Martí E, Riera JL, Ribot M, Argerich A, Fonollà P, Sabater F (2008). Inter-annual, Annual, and Seasonal Variation of P and N Retention in a Perennial and an Intermittent Stream. Ecosystems 11(5): 670–687. https://doi.org/10.1007/s10021-008-9150-3

GUASCH, HELENA

CEAB-CSIC

IP del projecte (WP1)

Experta en ecotoxicologia de rius i ha estat IP en diversos projectes analitzant els efectes ecològics dels productes químics sobre els biofilms, macroinvertebrats i peixos.

MARTÍ, EUGÈNIA

CEAB-CSIC

IP del projecte (WP2) i de l’Urban River Lab

Experta en ecologia i biogeoquímica d’ecosistemes fluvials i respostes en front al canvi global, tant en sistemes verges com urbans.

ROMANÍ, ANNA MARIA

Institut d’Ecologia Aquàtica, UdG

Experta en ecologia de biofilms microbians

GACIA, ESPERANÇA

CEAB-CSIC

Experta en ecologia funcional de comunitats dominades per plantes aquàtiques i en l’ús dels macròfits com a bio-indicadors de canvis. Interès en restauració i conservació d’ecosistemes aquàtics.

BERNAL, SUSANA

CEAB-CSIC

Experta en hidrologia i cicles biogeoquímics en la interfase riu-ribera i a escala de conca hidrogràfica.

RIBOT, MIQUEL

CEAB-CSIC

Expert en ecologia i biogeoquímica fluvial, amb experiència en tècniques per a caracteritzar el ciclat de nutrients als rius.

PROIA, LORENZO

BETA Technologial Center, UVic

Expert en ecologia microbiana dels biofilms fluvials i la seva capacitat de captació de nutrients.

LUPON, ANNA

CEAB-CSIC

Experta en el cicle del carboni i metabolisme en rius i interaccions biogeoquímiques riu-ribera.

LEDESMA, JOSÉ L. J.

Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Expert en hidrologia de conca i movilització de nutrients.

ARGUDO, MARIA

CEAB-CSIC

Experta en ecotoxicologia microbiana, creació de bases de dades, disseny de mostreig, anàlisi de dades físicoquímics i biofilm, anàlisi bioinformàtic i bioestadístic.

LÓPEZ, ALEJANDRO

Institut d’Ecologia Aquàtica, UdG

Ecologia i conservació aqüàtica, tractant com els impactes antropogènics afecten a biofilms, macroinvertebrats, peixos y amfibis.

BOLIVAR, MANEL

CEAB-CSIC

Ajudant de camp.

OLIVER, ANNA

Associació Mediterranean Eddy 4.0

Experta en comunicació i divulgació científica.

MERBT, STEPHANIE N.

EAWAG Aquatic Research

Experta en anàlisis metatranscriptòmics i metagenòmics microbians.

THOMAS, STEVEN

Universitat de Nebraska

Ha participat en els desenvolupaments teòrics i experimentals amb múltiples nutrients amb els membres del CEAB.