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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Gabriel Pinilla, 2016

PRÁCTICA DE LA ASIGNATURA LIMNOLOGÍA (2017532)

“MORFOMETRÍA Y ZONIFICACIÓN DE UN SISTEMA LÉNTICO” OBJETIVOS GENERALES: Reconocer la importancia de las características morfométricas en la estructuración y funcionamiento de un ecosistema léntico. Deducir las implicaciones que tiene la morfología del ecosistema sobre las comunidades biológicas. DURACIÓN ESTIMADA: Una sesión de campo y una sesión de laboratorio. ALGUNOS ASPECTOS TEÓRICOS: • La ubicación latitudinal y altitudinal es determinante en algunas características ecológicas de los

sistemas acuáticos, en especial en lo que tiene que ver con la cantidad de energía solar que reciben y en la distribución de esta energía a lo largo del año. Estas condiciones, que ocurren a una escala gruesa, son modificadas por la orientación y la forma particular de cada cuerpo de agua en sus locaciones específicas.

• La forma de los sistemas lénticos se refiere a sus condiciones morfológicas, tales como área, profundidad y perímetro. A partir de estas variables de forma, es posible calcular otras características derivadas, como profundidad relativa, volumen de agua almacenada, desarrollo

EQUIPOS Y MATERIALES: • Sistema de posicionamiento global (GPS) • Brújula • Overoles impermeables (fontaneros) • Sonda multiparamétrica con medidores de temperatura de cable corto (3

m) y largo (20 m) • Decámetro • Plomada • Bote inflable, remos • Chalecos salvavidas • Overoles impermeables • Cuerda de 50 m, estacas de madera o metal • Cinta “flagging” • Plancheta (ver construcción y uso en el Anexo 1) • Alidada (ver construcción y uso en el Anexo 2) • Papel milimetrado tamaño medio pliego • Formato para toma de datos • Calculadora de bolsillo o computadora con hoja de cálculo

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del litoral y curvas hipsométricas (Roldán y Ramírez 2008). Todas esta medidas dan información importante sobre las propiedades físicas del ecosistema, que a su vez influyen sobre las comunidades biológicas y sobre el funcionamiento general de estos ambientes acuáticos.

• Los fenómenos biológicos que ocurren al interior de un sistema acuático están dominados fuertemente por las condiciones físicas imperantes en el ambiente. En el caso de los ecosistemas lénticos, los aspectos de forma de la cubeta tienen mayor relevancia en comparación con los sistemas de aguas corrientes. En estos últimos son más determinantes las características geomorfológicas de la cuenca (Wetzel y Likens 1991).

• Una de las características físicas que a menudo resulta muy influenciada por la forma del ecosistema léntico es la estratificación térmica. Esta consiste en la formación de capas de agua con diferente contenido de calor. La capa superior (denominada epilimnio) es más caliente, mientras que la capa profunda (hipolimnio) es más fria. Entre las dos se establece una zona de cambio gradual de la temperatura llamada termoclina o metalimnio (Figura 1) (Wetzel 2001).

Figura 1. Estratificación térmica en un ecosistema léntico. Observe la posición invertida del eje

de profundidad

• Los sistemas lénticos profundos tienden a estratificarse térmicamente con mayor frecuencia y permanencia que los lagos someros. En estos últimos es usual que la estratificación se pierda por acción del viento. Si el lago además es alargado y está orientado en la dirección predominante del viento, la mezcla de la columna de agua será más probable y frecuente (Gorham 1964, Håkanson 2005).

• Las comunidades biológicas se establecen en distintas zonas costeras y sumergidas de los sistemas lénticos, que van desde el supralitoral hasta el infralitoral, pasando por el litoral mismo. Igualmente, los organismos se distribuyen verticalmente desde la superficie hasta el fondo. Tanto la morfología del sistema como la estratificación térmica influyen de manera determinante sobre el establecimiento y permanencia de estos organismos en las distintas zonas del ecosistema.

PROCEDIMIENTO: 1. En un humedal o lago somero cercano, accesible y relativamente pequeño, determine la

ubicación latitudinal y la elevación sobre el nivel del mar con el GPS.

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2. En el humedal coloque una cuerda que lo atraviese en su eje más largo registrando la dirección con la brújula; tome medidas perpendiculares desde el litoral ubicado a los dos lados del eje principal hasta dicho eje, en el mayor número posible de puntos; construya el mapa del humedal con estas medidas. IMPORTANTE: si utiliza un bote y el sitio de trabajo es profundo, no olvide colocarse el chaleco salvavidas.

3. Tome medidas batimétricas (profundidad) a lo largo del eje principal y de las líneas perpendiculares señaladas en el punto anterior; dibuje un mapa batimétrico (de isóbatas o líneas de igual profundidad) del ecosistema utilizado papel milimetrado.

4. Con una sonda multiparamétrica registre en el centro del lago la temperatura cada 10 cm, desde la superficie hasta el fondo. Si el lago tiene más de 3 m emplee un medidor de cable largo. Elabore el perfil vertical de temperatura del lago de manera similar a como se ve en la Figura 1. El eje de profundidad debe quedar en posición invertida.

5. En el perfil vertical de temperatura determine la profundidad a la cual se inicia y se termina la termoclina. Esta zona es el metalimnio. Por encima se encuentra el epilimnio y por debajo el hipolimnio.

6. Mida el perímetro del lago, determine el largo máximo y el ancho máximo. 7. Como otra manera de elaborar el mapa de la morfología del litoral del lago, construya y use una

plancheta y una alidada, tal como se describe en los Anexos 1, 2 y 3. Dibuje el mapa sobre papel milimetrado para obtener mayor precisión.

8. Calcule el área superficial en el mapa, contando el número de cuadrados del papel milimetrado dentro del contorno del dibujo del lago. Entre más pequeños sean los cuadrados, más exacta será la determinación del área. Cuente todos los cuadrados que tengan la mitad o más de área dentro del perímetro de lago. Tenga en cuenta la escala a la cual está dibujado el mapa para obtener el área en m2.

9. Con la información del área y con la que obtuvo en los pasos anteriores, determine el volumen de lago, el ancho medio, la profundidad media, la profundidad relativa y el desarrollo del litoral mediante las siguientes ecuaciones (Wetzel y Likens 1991, Taube 2000, Roldán y Ramirez 2008):

𝑨𝒏𝒄𝒉𝒐𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 =Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍𝒅𝒆𝒍𝒍𝒂𝒈𝒐

𝑳𝒂𝒓𝒈𝒐𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒐

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒍𝒂𝒈𝒐𝒄ó𝒏𝒊𝒄𝒐 =

𝑷𝒓𝒐𝒇𝒎𝒆𝒅𝟑

𝒙 Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇 + Á𝒓𝒆𝒂𝒇𝒐𝒏𝒅𝒐 + Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓 ∗ Á𝒓𝒆𝒂𝒇𝒐𝒏𝒅𝒐

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒄𝒖𝒃𝒆𝒕𝒂𝒆𝒏𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂𝒅𝒆𝑼 =

𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂𝟐

𝒙 Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇 + Á𝒓𝒆𝒂𝒇𝒐𝒏𝒅𝒐

𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂 =

𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍

𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂(%) = (𝟓𝟎𝒙𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂𝒙𝝅

Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇)

𝑫𝒆𝒔𝒂𝒓𝒓𝒐𝒍𝒍𝒐𝒅𝒆𝒍𝒍𝒊𝒕𝒐𝒓𝒂𝒍 =

𝑷𝒆𝒓í𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝟐 𝝅 ∗ Á𝒓𝒆𝒂𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇

𝑫𝒆𝒔𝒂𝒓𝒓𝒐𝒍𝒍𝒐𝒅𝒆𝒍𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 =

𝟑 ∗ 𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂𝑷𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂

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10. Mediante el método de conteo de cuadros del papel milimetrado descrito en el paso 8, utilice el mapa de isóbatas para calcular el área de la “tajada” localizada a la profundidad donde se inicia la termoclina (si la hay). También mida el área de la profundida a la cual se termina la termoclina (si la hay). Estas profundidades se podrán observar en el perfil de temperatura del lago realizado en el paso 5. Pase los datos de área a m2 de acuerdo con la escala del mapa.

11. Multiplique el área superficial (m2) por la profundidad (m) a la que se inicia la termoclina; esta operación arrojará el volumen de agua (m3) que hay en el epilimnio. Multiplique el área donde se inicia la termoclina por el grosor (m) de esta capa para obtener el volumen de agua del metalimnio. Finalmente, multiplique el área donde termina la termoclina por el grosor de la capa de fondo (profundida media de lago menos profundidad a la que termina la termoclina), lo cual dará el volumen de agua en el hipolimnio. Si no hay termoclina, determine solamente el área del fondo del lago con la misma técnica de medición de cuadros del papel milimetrado, para lo cual puede emplear la isóbata más profunda que haya establecido.

12. Sobre el mapa base, construído ya sea mediante la técnica de mediciónes con respecto a un eje central (paso 2) o con la plancheta y la alidada (paso 7), dibuje la zonificación horizontal de las comunidades vegetales del ecosistema léntico. Utilice diferentes símbolos para representar las distintas poblaciones de plantas acuáticas. Identifique en el mapa el biotipo de las plantas: flotantes, enraizadas litorales, sumergidas, emergentes.

INDICACIONES PARA EL ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS: Discuta sobre los efectos que tienen las características morfométricas del cuerpo de agua en la estructura y función del ecosistema, específicamente sobre sus condiciones limnológicas (variables físicas y químicas, establecimiento de comunidades biológicas, productividad), sobre la dominancia de los distintos biotipos de plantas acuáticas y sobre la zonificación horizontal y vertical de dichos biotipos. Examine el efecto de la estratificación térmica sobre la distribución del plancton y los peces en el gradiente de profundidad. Analice el papel de las condiciones morfológicas en los aspectos de manejo y restauración del ecosistema. Compare sus resultados con estudios similares sobre morfometría y estratificación de lagos. EJEMPLO DE LOS CÁLCULOS: Suponiendo un lago con un perímetro de 404,8 m, un área superficial de 4152,5 m2, un área de fondo de 3377,8 m2 (la cubeta tiene forma de U), una longitud máxima de 148,4 m, un profundidad media establecida en campo de 0,82 m y una profundidad máxima de 8 m, los parámetros morfométricos serían los siguientes:

Anchopromedio = VWXY,X

WV[,V = 27,98 m

Volumen = _,[Y

Yx 4152,5 + 3377,8 = 3087,4 m3

Profundidadmediacalculada = k_[l,V

VWXY,X = 0,74 m

Profundidadrelativa = (50x8x p

√VWXY,X) = 11%

Desarrollodellitoral = V_V,[

Y p∗VWXY,X = 1,77

Desarrollodelvolumen = k∗_,lV

[ = 0,27

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En el humedal Mamá Dominga (Universidad Nacional de Colombia, Bogotá), se obtuvo el perfil de temperatura que se muestra en la Figura 16.2. El epilimnio llega hasta los 15 cm; la termoclina está entre 15 y 35 cm; a partir de allí se extiende el hipolimnio, que llega hasta el fondo del humedal (la profundida promedio es de 1,42 m). Estos datos, junto con las áreas de las distintas capas térmicas, se requieren para hallar los volúmenes de agua de cada estrato.

Figura 16.2. Perfil de temperatura en el centro del humedal Mamá Dominga en marzo de 2009. La

profundidad está registrada en cm El área superficial de este humedal es de 747,5 m2, de manera que el volumen de agua el epilimnio es: 747,5 m2 * 0,15 m = 112,13 m3. El área a la profundidad donde se inicia la termoclina es de 598 m2 (dato obtenido del mapa de isóbatas) y el grosor de esta capa, que va hasta donde termina la termoclina, es 0,35 – 0,15 = 0,2 m; por lo tanto, el volumen de agua de esta capa metalimnética es 598 m2 * 0,2 m = 119,6 m3. El volumen del hipolimnio será el área de la profundidad a la cual termina la termoclina (523,3 m2 según el mapa batimétrico) multiplicada por la diferencia entre la profundidad media y la profundida donde termina la termoclina (1,42 m – 0,35 m = 1,07 m). En consecuencia, el volumen de esta capa profunda es 523,3 m2 * 1,07 m = 559,9 m3. Estos datos indican que la mayor parte del volumen del humedal corresponde a aguas hipolimnéticas más frias que probablemente tienen poco oxígeno. Los animales aerobios tendrán dificultades para respirar en esta zona. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS: Los datos de esta práctica se presentarán en el formato de informe de laborarorio (Introducción, Objetivos, Marco Teórico, Materiales, Procedimiento, Resultados, Aplicaciones, Conclusiones, Bibliografía, en archivo digital preferiblemente). Debe revisarse la literatura sobre el tema para hacer comparaciones con sistemas similares. REFERENCIAS: Gorham E. 1964. Morphometric control of annual heat budgets in temperate lakes. Limnology and Oceanography 9(4): 525–529.

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Håkanson L. 2005. The importance of lake morphometry and catchment characteristics in limnology – ranking based on statistical analyses. Hydrobiologia 541(1): 117-137. Roldán G, Ramírez JJ. 2008. Fundamentos de limnología neotropical (2ª ed). Universidad de Antioquia, Universidad Católica de Oriente, Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Medellín. 440 p. Taube CM. 2000. Three methods for computing the volume of a lake. Chapter 12 in Schneider, James C. (ed.), Manual of fisheries survey methods II: with periodic updates. Michigan Department of Natural Resources, Fisheries Special Report 25, Ann Arbor. 4 p. Wetzel R, Likens G. 1991. Limnological Analyses. Springer, New York. 391 p. Wetzel RG. 2001. Limnology: lake and river ecosystems. 3th ed. Academic Press, New York. 1006 p.

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ANEXO 1: Construcción de una plancheta Una plancheta es un tablero de dibujo horizontal, colocado sobre un soporte vertical. Se usa con un visor, un nivel de burbuja y una brújula (Figura A1).

Figura A1. Planchetas para levantamientos de reconocimiento de un terreno. A. Uso de la plancheta.

B. Plancheta sencilla de un solo soporte. C. Plancheta mejorada con tres soportes. Tomado de: ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6707s/x6707s09.htm

Para construir una plancheta sencilla solo se requiere un tablero de madera y un poste grueso. Se puede emplear un tablero de madera blanda de 2 cm de espesor, de 50 x 60 cm. Lije con un papel de lija una de las caras del tablero hasta que esté bien lisa. Dibuje suavemente dos diagonales para determinar el centro del tablero. Tome un poste de madera rectilíneo de unos 5 cm de diámetro, de 1 m de altura. Corte en punta uno de los extremos. Esta parte va enterrada firmemente en el suelo, en el punto de observación, cuando se use la plancheta. Fije el tablero al extremo superior del soporte, con la parte lisa hacia arriba y mediante un tornillo en el centro. De ser posible use un tornillo de bronce (Figura A1-B). Es posible construir un visor simple con una regla común de unos 50 cm de largo, clavando verticalmente dos clavos delgados en el eje de la regla. Los dos clavitos forman una línea visual. Opcionalmente, se puede mejorar la estabilidad y funcionalidad de la plancheta si se construye un trípode cuyas patas sean simples trozos de madera (Figura A1-C), o también con patas regulables. Un trípode con patas ajustables es más difícil de hacer, pero es mejor porque permite ubicar fácilmente la plancheta en terrenos con pendiente, ajustando el largo de las patas. Los detalles de la construcción de un trípode los podrá encontrar en la página de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura FAO ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6707s/x6707s07.htm#105a

A B C

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ANEXO 2: Tipos de alidadas

Figura A2. Diferentes modelos de alidadas. El largo de cada una está entre 20 y 30 cm. Tomado de:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alidade.png?uselang=es

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ANEXO 3: Construcción del mapa de un lago con la plancheta y la alidada 1. Establezca una línea base recta de 20 m a lo largo de una porción de la línea costera del

lago y coloque una estaca en cada extremo (puntos A y B). 2. Coloque la plancheta (elaborada como se indica en el Anexo 1) en uno del los extremos

de la línea base (punto A). Use un nivel para que quede completamente plana. 3. Cubra la plancheta con el papel milimetrado (medio pliego) y asegúrelo en los extremos

o por debajo con chinches. Use una brújula para dibujar el norte en un extremo del papel.

4. Coloque estacas a intervalos regulares de la línea de costa del lago (p.e. cada 5 o 10 m) y asigne una letra a cada estaca, de C en adelante. Coloque cinta “flagging” en cada estaca con la identificación correspondiente.

5. Establezca la escala que empleará en el papel de dibujo, de acuerdo al tamaño que tendrá el lago en el papel milimetrado. Por ejemplo, en una escala 1:1000, cada cm en el papel corresponderá a 10 m en el lago. Dibuje la línea base en la parte inferior del papel, a la escala escogida; debe quedar totalmente alineada con la línea base real en el terreno (la línea AB en el papel debe apuntar al punto B de la línea base en el terreno).

6. Coloque una alidada alineada con el trazo AB del papel milimetrado (construya en madera u otro material alguno de los modelos de alidada que se muestran en la Figura A2 del anexo anterior; el largo de la alidada puede estar entre 20 y 30 cm). Usando la punta de un lápiz como pivote en A, dirija la alidada a la estaca marcada como C; trace una línea suave con lápiz en el papel milimetrado, siguiendo la dirección de la alidada; use una regla larga para trazar la línea; con un decámetro mida la distancia entre el punto A y la estaca C y traslade esa longitud al papel milimetrado de acuerdo a la escala empleada. Repita el procedimiento entre el punto A y las demás estacas colocadas en el borde del lago. En el papel milimetrado señale a qué estaca corresponde cada línea (p.e. AC; AD, etc.).

7. Traslade la plancheta al punto B, nivélela y alineé el trazo AB del papel milimetrado con el tramo AB del terreno. Repita todo el procedimiento de dibujar las líneas en el papel milimetrado mediante la alidada, enfocando las estacas; esta vez las líneas serán BC, BD, etc. Las intersecciones de las líneas dibujas desde el punto A con las trazadas desde el punto B señalan las posiciones de las estacas sobre el papel. Complete el mapa uniendo los puntos a mano alzada.

La Figura A3 muestra un ejemplo del aspecto que tendría el mapa construido con plancheta y alidada.

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Figura A3. Ejemplo de un mapa de un lago obtenido con plancheta y alidada. Las líneas que parten de la base AB permiten trazan el perímetro