Distribución de diatomeas en sistemas estuariales y fluviales asociados del norte de la Patagonia: implicancias en las reconstrucción cuantitativa de paleoambientes Holocenos

Abstract

La composición y distribución de las diatomeas en sedimentos superficiales colectados en 50 sitios de muestreo de los ríos Colorado, Negro y Chubut, norte de la Patagonia Argentina fueron analizadas. Las afinidades ecológicas de las especies con las 18 variables físicas, químicas y sedimentológicas medidas fueron establecidas a partir de análisis cuantativos de gradiente. Además de determinar las preferencias ecológicas de los taxones más comunes, el objetivo del presente trabajo fue desarrollar una función de transferencia basada en diatomeas para ser aplicada en sucesiones sedimentarias, y reconstruir cuantitativamente paleoconductividades en sistemas fluviales del norte de Patagonia. Las variables químicas reflejaron diferencias estadísticamente significativas entre los tres ríos analizados en cuanto a las concentraciones de dióxido de silicio, pH, conductividad, salinidad, bicarbonatos y contenido de iones disueltos mayoritarios. Las aguas de los ríos Negro y Chubut fueron clasificadas como duras, mientras que las del río Colorado fueron tipificadas como muy duras. El río Colorado mostró valores medios más altos en la salinidad, la conductividad, los bicarbonatos y los iones disueltos en comparación con los otros dos ríos. La naturaleza geológica de la cuenca y los aportes de agua salobre desde el río Curacó, explicaron las diferencias en la concentración iónica de los ríos. El río Chubut presentó los valores más altos de pH, mientras que los nitratos mostraron valores similares en los tres ríos, con una ligera variación estacional. Los valores de este nutriente fueron más altos a los registrados en otros estudios, y posiblemente estén asociados a descargas puntuales de residuos agropecuarios, industriales y domiciliarios. Las arenas tendieron a dominar los sedimentos superficiales, mientras que las gravas presentaron porcentajes importantes en las cuencas medias debido a la retención de la fracción más fina en los embalses. Se identificaron 645 taxones, la mayoría de los cuales de hábitos epipelíticos o epífitos pertenecientes a los géneros Nitzschia, Navicula, Staurosira, Cocconeis, Amphora y Gomphonema. En los sitios continentales de los ríos Colorado y Negro, los ensambles estuvieron dominados por pequeñas “fragilarioides” arrafídeas ticoplanctónicas de los géneros Staurosira, Pseudostaurosira, Punctastriata y Staurosirella. En los estuarios dominaron taxones episámicos típicos de canales de marea como Cymatosira belgica, Rhaphoneis amphiceros, Delphineis minutissima, Delphineis surirella y Paralia sulcata. En los sitios continentales del río Chubut dominaron Cocconeis placentula, Cocconeis pediculus, Epithemia sorex y Stephanodiscus agassizensis, en tanto que en los sitios estuarinos las más altas proporciones se observaron en Amphora affinis y Opephora mutabilis. El modelo de Broken Stick aplicado al análisis de agrupamiento identificó diferencias entre los sitios estuarinos y los continentales. La dominancia de los géneros Nitzschia y Navicula dan cuenta de la cantidad de sólidos en suspensión que transportan los ríos, una característica que se modificó después de la construcción de los embalses. Como resultado de ello, se ha registrado un mayor crecimiento de macrófitas y macroalgas en los cauces principales y en los canales de riego, las que a su vez ofrecen mayor disponibilidad de hábitats para los taxones epífitos. La abundancia de especies acompañantes también dan cuenta de posibles procesos que estarían comprometiendo la calidad de las aguas de los mismos. La abundancia de taxones ticoplantónicos marinos en sitios continentales, permitió detectar diferencias en la capacidad de penetración del efecto de las mareas en los estuarios de los ríos. Las series parciales del CCA indicaron que de las variables medidas las que explicaron significativamente la composición y distribución de las diatomeas en los tres ríos fueron la salinidad (9.7%) y el pH (9.5%). Sin los sitios de muestreo estuarinos, la conductividad (16.4%) explicó gran parte de la variación de los ensambles. Mediante modelos de regresión y calibración unimodales (WA y WA-PLS), se construyó y evaluó una función de transferencia de conductividad que contó con 38 sitios de muestreo y 45 taxones. Un modelo WAInverso mostró la mejor capacidad predictiva (r2jack=0.93 y RMSEPjack=0.267 μS cm-1), el cual se desarrolló sin transformar la matriz de abundancia y estandarizando la variable de interés. Debido a la distribución heterogénea de los sitios de muestreo, a la dominancia de pequeñas diatomeas arrafídeas en las muestras actuales y al número de mediciones realizadas, los valores de conductividad estimados deben ser analizados cuidadosamente. Los óptimos de conductividad en las especies más comunes oscilaron entre 129.4 y 2771.2 μS cm-1. Catorce de estas mostraron óptimos de aguas tipificadas como subsalinas (670 – 5500 μS cm-1); el resto de las especies fueron consideradas dulceacuícolas. En general, los taxones con óptimos de conductividad por debajo de 269.2 μS cm-1 mostraron tolerancias más estrechas que los de aguas subsalinas. En cuanto a la aplicación del modelo, los valores estimados de conductividad a partir de los ensambles fósiles del testigo Estancia San Pedro (valle inferior del río Colorado) mostraron correspondencia con los cambios de profundidad observados entre 4132 ± 35 - 2919±27 14C años AP, y que estarían asociados a la formación de un meandro abandonado (oxbow lake). El regreso de este ambiente efímero al canal principal del río, coincide con la estabilización de la conductividad en los últimos 150 años. La modera representación de los ensambles fósiles en los actuales, los procesos tafonómicos y aspectos de la hidrología local condicionan la interpretación respecto a la relación entre los cambios de conductividad, las alteraciones recientes en la cuenca y los procesos climáticos regionales.

Diatom assemblages composition and distribution from surface sediment samples of Colorado, Negro and Chubut rivers, north Patagonia, were analyzed in relation to physical, hydrochemical and sedimentological variables using multivariate techniques. The aim of this study was to determine the ecological preferences of the taxa, and to provide a transfer function based on diatoms to reconstruct palaeoconductivities in fluvial environments of north Patagonia. Hydrochemical variables showed statistically significant differences in silica dioxide, pH, conductivity, salinity, bicarbonates and ions concentrations. Negro and Chubut rivers were classified as hard waters, while Colorado River was considered as very hard waters. This last river also showed highest average values in salinity, conductivity, bicarbonates and dissolved ions. Basin geology and brackish discharges from Curacó River during high seasonal rainfall contributed to explain the ionic concentration in Colorado River. The highest average values of pH were observed in the Chubut River. With slightly seasonal variation, nitrates showed similar patterns in the three rivers. Nutrients, whose values were higher than those registered in other studies, might be associated to direct input of industrial, agricultural and household wastes into the rivers. The sand fraction dominated in almost all sampling sites, but gravel was very representative toward the middle basin as a result to the retention of silt and clay into the dams. A total of 645 taxa were registered in surface sediments, being benthic and epiphytes diatoms as Nitzschia, Navicula, Staurosira, Cocconeis, Amphora and Gomphonema the genera with highest richness. Diatom community in riverine sites from Colorado and Negro rivers, were dominated by small tychoplanktonic fragilarioids belonging to the genera Staurosira, Pseudostaurosira, Punctastriata and Staurosirella. In estuarine sites, the assemblages were characterized by marine epipsammic taxa such as Cymatosira belgica, Rhaphoneis amphiceros, Delphineis minutissima, Paralia sulcata and P. sulcata var. coronata. Freshwater taxa as Cocconeis placentula, Cocconeis pediculus, Epithemia sorex and Stephanodiscus agassizensis dominated riverine sites in Chubut River, while the inlet had the highest abundances of Amphora affinis and Opephora mutabilis. Cluster analysis identified two main diatom zones, the former grouped sampling sites with marine influence and the other grouped sampling sites without marine influence. Nitzschia and Navicula dominance provides useful insight about turbidity in the rivers. However, changes in the sedimentological dynamic after dam construction resulted in increasing water transparency, which has favored macrophytes and macroalgae growth in the river and irrigation channels, offering greater habitat availability to epiphytic taxa. The abundance of minor taxa also could be reflecting processes that affect the ecological integrity of the rivers, but further investigations are needed. Abundance of marine tychoplanktonic taxa in freshwater sites, allowed determining the maximum intrusion capacity of tidal waves in the Negro and Chubut estuaries. Partial CCA analysis indicates that salinity (9.7%) and pH (9.5%) shared a large part of explained variation in biological data, demonstrating the importance of these variables in structuring diatom communities. Without estuarine sites, the conductivity (16.4%) played an important role in distribution patterns along the freshwater sites; therefore a realistic diatom-base conductivity transfer function was developed using WA and WA-PLS regression and calibration models. Simple WA with inverse deshrinking, developed with 38 sites and 45 taxa, resulted in the best performing diatomconductivity model (r2jack=0.93 y RMSEPjack=0.267 μS cm-1). In the calibration model, biological data were untransformed while environmental data were standardized. The conductivity estimation should be carefully undertaken due to uneven distribution of sampling sites, the large populations of small araphid diatoms in modern assemblages and few conductivity measures. Conductivity optima in common taxa varied between 129.4 y 2771.2 μS cm-1. Overall, the majority of species showed optima below of 670 μS cm-1 and were considered indicators of freshwater conditions, while 14 taxa displayed optima between 670 and 2771.2 μS cm-1 occurring in subsaline waters. Diatoms with the widest tolerance ranges tended to display much higher conductivity optima, while taxa with optima below 269.2 μS cm-1 showed the narrowest tolerance. Conductivity inference model was applied to fossil diatoms assemblages recovered from a Holocene sequence at the lower basin from Colorado River (Estancia San Pedro core). The inferred paleoconductivity curve showed coincidences with depth changes between 4132 ± 35 - 2919 ± 27 14C years BP, characterizing a pond (oxbow lake) with dry periods. At the top of the sequence (last 150 years), low variation of the estimates values are linked to more humid condition across the floodplain which reactivated the paleochannel. Low representation of fossil diatoms in the modern assemblages, taphonomic processes and local hydrology conditioned the interpretation about the relationship between conductivity changes, basin deterioration and regional climatic forcing.