Resumen de Regime shifts between macrophytes and phytoplankton – concepts beyond shallow lakes, unravelling stabilizing mechanisms and practical consequences
- español
Existe el concepto teórico para lagos poco profundos de los mecanismos de retroalimentación que ocurren entre los macrófitos y la fase clara del agua y que resultan en estados alternativos de estabilidad. En este trabajo, reviso estudios recientes aplicando este concepto a otros sistemas de aguas continentales, descifrando los mecanismos de estabilización y discutiendo las consecuencias de los cambios de régimen. Modelos recientes predicen que pueden ocurrir cambios abruptos entre estados de aguas claras y turbias también en las partes bajas de los ríos, tanto en el tiempo como en el espacio. Estos resultados se apoyan en largas series temporales de datos en ríos de España y Alemania. Un modelo en un lago profundo reveló que los macrófitos sumergidos también pueden reducir significativamente la biomasa de fitoplancton entre un 50 y 15% en lagos oligotróficos de entre 11 y 100 m de profundidad. Pero los mecanismos que determinan las condiciones para la estabilidad de la fase de aguas claras están aún lejos de ser bien comprendidos. Los datos disponibles sugieren que la composición de la comunidad de macrófitos afecta el número y tipo de mecanismos que estabilizan las condiciones de aguas claras. No hay duda de los efectos alelopáticos generados por los macrófitos en el fitoplancton, sin embargo, se ha encontrado que la colonización bacteriana en macrófitos y fitoplancton, las interacciones del fitoplancton, las adaptaciones locales y la sensibilidad específica de cada cepa modulan estas interacciones. Están apareciendo nuevos aspectos acerca de las propiedades de la estabilidad en ecosistemas lacustres someros basados en estudios, experimentales o de modelización, de los aportes de materia orgánica de origen terrestre, tanto disuelta (tDOM) como particulada (tPOM). Estos estudios sugieren que la probabilidad de que los lagos someros cambien hacia o permanezcan en un estado de aguas turbias, aumenta con la predictibilidad futura de un incremento en los aportes de tDOM y tPOM. Todavía existen muchas incógnitas en la restauración de lagos someros, como la disponibilidad y dispersión de propágulos para el restablecimiento de una vegetación diversa de macrófitos sumergidos. Sin embargo, la importancia de los cambios en el estado del lago está cada vez más demostrada en trabajos que cuantifican las consecuencias para la producción primaria, las emisiones y el secuestro de carbono.
- English
Feedback mechanisms between macrophytes and water clarity resulting in the occurrence of alternative stable states have been described in a theoretical concept for shallow lakes. Here, I review recent studies applying the concept to other freshwater systems, unravelling stabilizing mechanisms and discussing consequences of regime shifts. Recent modelling studies predict that abrupt changes between clear and turbid water states can also occur in lowland rivers, both in time and in space. These findings were supported by long-term data from rivers in Spain and Germany. A deep lake model revealed that submerged macrophytes may also significantly reduce phytoplankton biomass by 50-15% in 100-11 m deep and oligotrophic lakes. Some of the mechanisms stabilizing clear-water conditions are still far from fully understood. Available data suggest that the macrophyte community composition affects number and type of mechanisms stabilizing clear-water conditions.
Allelopathic effects of macrophytes on phytoplankton are no longer doubted, however, bacterial colonization of macrophytes and phytoplankton, phytoplankton interactions, local adaptations and strain-specific sensitivities have been found to modulate these interactions. New aspects on stability properties of shallow lake ecosystems arose from experimental and modelling studies on terrestrial organic matter input, both in dissolved (tDOM) and particulate (tPOM) form. These suggest that the likelihood that shallow lakes will shift to or stay in the turbid state is enhanced with a predicted future increase in tDOM and tPOM input. Shallow lake restoration still suffers from knowledge gaps such as the role of propagule availability and dispersal for the re-establishment of a diverse submerged macrophyte vegetation. The importance of lake regime shifts, however, is increasingly supported by studies on quantitative consequences for processes such as primary production, carbon emissions and carbon burial.
