Excés de fòsfor (P) i activitat humana en ecosistemes fluvials: dinàmica del P, biomarcadors microbians i estratègies per a la seva remediació

Projecte CEAB

FLUVIAL-PREMOVAL

El projecte Fluvial-Premoval té com a objectiu final aportar noves eines per a la gestió i mitigació dels efectes de la contaminació per fòsfor (P) en ecosistemes fluvials, un dels problemes ambientals amb major prevalença i persistència que afecta a la qualitat de les aigües superficials arreu del món.

El projecte planteja una aproximació transdisciplinar i innovadora, combinant tècniques de bioenginyeria, experiments en mesocosmes, exploració de patrons en un cas d’estudi (el riu Ter) i la caracterització de biomarcadors microbians del biofilm fluvial.

Fluvial-Premoval, aborda la contaminació per fòsfor (P) en ecosistemes fluvials, un problema ambiental extremadament rellevant i complexe amb implicacions a llarg termini i a escala mundial, de difícil solució i que s’espera que augmenti en el futur.

Fluvial-Premoval proposa un enfocament transdisciplinari i integrador, amb idees innovadores derivades de principis i mètodes de recerca avançada en àrees d’investigació complementàries (biogeoquímica fluvial, ecotoxicologia microbiana i ecologia de la restauració) en col·laboració amb altres grups de recerca, empreses i actors socials interessats en aquest problema ambiental i de qualitat de l’aigua.

L’objectiu central de Fluvial-Premoval és obtenir informació sobre els factors i mecanismes que controlen la dinàmica del P en els ecosistemes fluvials sotmesos a pressions humanes i examinar com les comunitats microbianes del biofilm fluvial integren les pressions associades a la disponibilitat de fòsfor.

Fluvial-Premoval vol proporcionar coneixement i eines per als agents del territori que els permetin avaluar els problemes associats amb la biodisponibilitat de P i ajudar a mitigar-ne els efectes en els ecosistemes fluvials.

El projecte està organitzat en dos paquets de treball (WP). Al WP1 es caracteritzarà la variació espacial al llarg d’un gradient d’impacte humà de les formes P al riu Ter, i es descriuran els atributs estructurals i funcionals del biofilm al llarg d’aquest gradient, usant anàlisis moleculars de la comunitat microbiana.

En aquest WP també s’avaluarà, sota condicions experimentals controlades (canals “indoor”) les diferències en biodisponibilitat entre P dissolt i particulat, i també entre P orgànic i inorgànic i s’avaluaran el seu destí i efectes sobre el biofilm.

Aquests experiments contribuiran a comprendre els patrons observats al camp i confirmar els vincles esperats entre la disponibilitat de P i les respostes del biofilm.

Al WP2 s’avaluarà com les característiques hidromorfològiques de trams fluvials, com a factor que modifica la retenció hidrològica i la configuració de l’hàbitat fluvial, i els canvis de disponibilitat relativa de nitrogen inorgànic dissolt i carboni orgànic dissolt, com un factor que influeix en l’activitat biòtica, poden influir en la retenció de P a nivell de tram.

Les tasques incloses en el WP2 es duran a terme a la plataforma experimental Urban River Lab (www.urbanriverlab.com), i en un rierol de 360 m reconstruït mitjançant tècniques de bioenginyeria amb tres trams diferents de 80 m.

També s’investigarà el paper del biofilm en la captació de P en aquests trams experimentals i com les interaccions recíproques entre la disponibilitat de P i els atributs estructurals i funcionals del biofilm associats amb el cicle de P varien entre els diferents hàbitats. La variabilitat en els marcadors de P del biofilm observades a escala d’hàbitat es compararà amb l’observada a major escala espacial en el WP1.

Aquesta comparació permetrà ampliar el coneixement sobre l’ús de marcadors de P del biofilm a diferents escales d’observació.

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.