Objectiu

Avaluar els efectes d’un efluent hipersalí de la mina abandonada de potassa de Menteroda (Alemanya) en l’estructura i funcionament del biofilm d’aigua dolça, especialment en la comunitat de diatomees.

Mètodes bàsics

Àrea d’estudi: efluent de la mina de potassa de Menteroda (Alemanya).

El disseny experimental consta de 6 microcosms, cada un conté 15 còdols autoclavats que es fan servir com a substrat natural per la colonització del biofilm. Durant la colonització cada microcosms s’omple amb 3 L d’aigua artificial (simulant les condicions de nutrients i sals d’un riu de referencia) i es recircula mitjançant una bomba. L’aigua dels microcosmos es canvia cada 2 dies i la temperatura i els fotoperíode es fixen a 15ºC i 12 h de llum: 12 h de foscor. Per promoure el creixement del biofilm, es tiren 15 ml de suspensió de biofilm a cada canvi d’aigua.

El període d’exposició comença després de 3 setmanes i s’avaluen dos tractaments diferents: Control (C) i l’efluent miner de Menteroda (ME).  durant el període d’exposició es simulen les condicions reals d’un riu en el que l’efluent miner (4.3 m3 h-1) desemboca al riu (100 m3 h-1). Durant aquest període també és canvia l’aigua cada 2 dies per assegurar la disponibilitat de nutrients.

Els paràmetres fisicoquímics (emplaçant una sonda multi-paramètrica a cada un dels microcosms) i la concentració de nutrients de l’aigua (filtrant mostra d’aigua) es van mostrejar abans i després de cada canvi d’aigua.

El biofilm es va mostrejar just abans de començar el període d’exposició (t0) i durant el període d’exposició a temps 1, 8 i 16 dies. Per cada dia de mostreig i cada microcosm,  és van agafar aleatòriament 3 còdols i es va agafar mostra per:

1. Composició de la comunitat, mitjançant la Benthotorch.

2. L’eficiència fotosintètica, fent servir la Mini-PAM

3. És rasca el biofilm format a la superfície de cada còdol i és fa una suspensió amb l’aigua del corresponent microcosmos per analitzar:

• Clorofil·la (Chl-a)
• Ash free dry mass (AFDM)
• Comunitat de diatomees

Després de cada mostreig, amb els còdols romanents a cada microcosm, és va avaluar la capacitat de captació de PO₄^3- del biofilm mesurant la disminució temporal després d’un pic controlat. Prèviament es va determinar la concentració basal de PO₄^3-  i es va afegir a cada miscorcosm la concentració corresponent per a quadruplicar la concentració basal. A continuació, es va agafar mostra a 1, 5, 15, 30, 60, 90, 120 i 240 min després de l’adició. La capacitat de captació es va calcular com:

U=(P₀ – Pf)/(A · Tf)

On P₀= massa inicial de P després de l’addició (µg); Pf = massa final de P al final de la incubació (µg); A = àrea colonitzada pel biofilm (cm²) i Tf = temps final d’incubació (h).

Resultats principals

Durant el període d’exposició es va detectar un increment de la Chl-a tant en el C com en el ME, essent lleugerament més alt en el ME que en el C al final de l’exposició. Per altra banda, de t8 a t16, els dos tractaments van demostrar una disminució en les AFDM però sense diferencies significatives entre ells.

La comunitat del biofilm al llarg del temps va ser principalment dominada per diatomees en els dos tractaments. L’exposició al ME va causar un canvi significatiu en l’estructura de la comunitat, on les diatomees es van veure significativament afectades al llarg del temps. Específicament pel que fa a la seva abundància, essent significativament més alta en les comunitats exposades al ME des del t8 fins al final de l’experiment (t16). A més a més, es va observar un increment de la taxa de creixement de les diatomees al llarg de tot el període d’exposició en aquells biofilms exposats al ME acompanyat d’un increment en la densitat cel·lular, però amb una disminució de la mida en comparació amb el C.

Al voltant de 44 taxons de diatomees es van identificar en total. La riquesa d’espècies (S) i la biodiversitat (H’) van ser significativament diferents entre tractaments al final de l’experiment. Sota la influença del ME, es va observar una pèrdua de la riquesa d’espècies i de la biodiversitat de diatomees sobrevivint només aquelles especies més ben adaptades a ambients salins. A més a més, aquelles especies identificades sota el tractament ME eren significativament més petites.

Per altra banda, l’eficiència fotosintètica del biofilm va ser estable al llarg del temps en el C, però va disminuir significativament en el tractament ME al cap d’un dia d’exposició (t1), recuperant-se a partir dels 8 dies d’exposició (t8), però estant encara per sota del C. A més a més, la capacitat de captació de PO₄^3-  es va veure afectada en presencia del ME, decreixent significativament a t1, en comparació al C, però també es va recuperar a partir de t8.

Al final de l’experiment, es va veure un clar efecte del ME en totes les respostes del biofilm avaluades. Es va determinar que com més alta era la densitat i la taxa de creixement de les diatomees, hi havia menys biodiversitat i més petites eren les espècies trobades. A més a més, l’eficiència fotosintètica era més baixa però la capacitat de captació de PO₄^3-  més alta en els exposats al ME.

Conclusions

Aquest estudi demostra que la salinització d’aigües dolces a causa dels efluents abandonats de les mines de potassa tenen el potencial d’alterar les comunitats dels rius receptors.

Les altes concentracions de sal creades per l’adició d’efluents hipersalins en els nostres microcosms, ha resultat en una reducció significativa de la biodiversitat de diatomees, destacant una comunitat dominada per especies tolerants, i a una disminució en l’eficiència fotosintètica i capacitat de captació de nutrients que es va poder recuperar al llarg de l’experiment.

Per tant, la salinització de les aigües dolces, posa en perill no només la biodiversitat aquàtica, sinó que també el funcionament i la prestació de serveis de l’ecosistema. Aquest és un problema que requereix més investigació ja que l’esperat increment en la escassetat d’aigua i la desertificació en moltes regions del món, que seran induïdes pel canvi climàtic, faran que augmenti el nombre de rius salinitzats en el món, emfatitzant la degradació biològica i, finalment, suposant un risc per a la salut humana.