1. Umbrales Ecológicos en Lagos Alpinos
y Cambio Global en la Montaña
Jordi Catalan CSIC
Foto: Lluis Camarero Lago Redon (Pirineos)

2. Índice
Las montañas del mundo están cambiando
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Concepto de umbral ecológico
Umbrales en los lagos alpinos
Implicaciones en un contexto de Cambio Global

3. Los dioses deben estar enfadados …
¿qué otro cosa podría ser si no?

5. Beniston, 2000: Environmental Change in Mountains, Arnold, London
Global vs. Alps temperature, 1901-2000
1.5
ΔT compared to 1961-1990 [°C]
1
Global
Alps
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

6. An 1870 postcard view of the Rhone glacier in Gletsch, Switzerland,
contrasted with the shrinking 21st-century version of it. (Dominic Buettner
for The New York Times)

7. Alaska
Muir Glacier
1941 2004
McCall Glacier
1958 2003

8. Baltoro glacier,Karakoram. Liligo lake

9. Dinámica glacial conocida pero compleja
sublimation, melt
energy balance snowfall
SW LW QS, QL
de
LW
po
SW +/-
si
tio
+
re
n
+
fre
- -
ez
in
g
+/- SNOW
QG
GLACIER
(20-30 levels)
© Mölg
energy fluxes mass fluxes

10. Los ecosistemas de montaña del mundo
están cambiando
El grosor medio de los glaciares de montaña ha
decrecido 2 m de 1961 a 2005

11. Vegetation changes, Glacier National Park,
Montana, USA

12. Las montañas del mundo están cambiando
Necesidad de observación, proyección de los cambios y
acciones de mitigación o adaptación
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Concepto de umbral ecológico
Umbrales en los lagos alpinos
Implicaciones en un contexto de Cambio Global

13. Valor añadido de los lagos en el paisaje
Los lagos recogen
información de
mucho más allá de
sus propios límites

14. La contaminación a larga distancia empezó hace
mucho
L. Redon
Contaminación
por plomo
romana y
visigoda
Camarero, L.; Masqué, P.; Devos, W.; Ani-
Ragolta,I.; Catalan,J.; Moor,H.C.; Plá, S.;
Sánchez-Cabeza, J.A. 1998. Historical
variations in lead fluxes in the Pyrenees
(Spain) from a dated lake sediment core.
Water Air and Soil Pollution, 105: 439-449.

15. Acumulación en altitud de
contaminantes orgánicos
semivolátiles
Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl Cl
HCB mw: 282
4,4’-DDT mw: 352
Cl Cl Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl Cl
PCB#28 mw: 256 PCB#153 mw: 358
Grimalt, J.O., Fernandez, P., Berdie, L., Vilanova, R., Catalan, J., Psenner,
R., Hofer, R., Appleby, P.G., Rosseland, B.O., Lien, L., Massabau, J.C.,
Battarbee, R.W. 2001. Selective trapping of organochlorine compounds in
mountain lakes of temperate areas. Environmental Science & Technology:
35: 2690-2697

16. Reconstrucción con restos de diatomeas de la
alcalinidad y el pH del agua durante los últimos 10.000
años
LAKE REDON (PYRENEES)
100 ALKALINITY 7.7
pH
diatom inferred ALKALINITY (µeq l-1)
7.5
80
7.3
60
pHTOTrca
pH
7.1
40
6.9
20
6.7
0 6.5
0 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
AGE (years B.P.)
Catalan J., S. Pla, J. García and L. Camarero. Climate and CO2 saturation in an alpine lake throughout the Holocene. Limnology and
Oceanography (in press)

17. Las montañas del mundo están cambiando
Necesidad de observación, proyección de los cambios y acciones de
mitigación o adaptación
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Los cambios en los lagos van más allá del propio lago. Interés por los
cambios más abruptos.
Concepto de umbral ecológico
Umbrales en los lagos alpinos
Implicaciones en un contexto de Cambio Global

18. Interés por los cambios súbitos, cambios de fase,
umbrales ecológicos… cambios no-lineales

19. Umbrales ecológicos
contingencia
necesidad
contingencia
Contingencia Necesidad
Sistema biológico Sistema físico
Historia Leyes deterministas
Azar Selección, leyes interacción
Dependientes de la observación Susceptibles de modelización
Proyecciones a corto plazo Predicciones de cambios abruptos
Común Menos frecuente
Gestión Planificación

20. Umbrales ecológicos:
definición sinecológica
Los umbrales ecológicos se definen como valores dentro de
un gradiente ambiental en los que las pautas de
configuración de las comunidades cambian respecto de
puntos alejados de los valores del umbral.
Se asume que la organización del ecosistema, y en
consecuencia el escenario co-evolutivo, cambia a ambos
lados del umbral.

21. a a a a ac ad ae af ag ab bd bd bd bd bc bd bd b bd bd bd
h ef gh h dg h gh h gh
gh h
Factor ambiental
Umbral ecológico
Clases de comunidades

22. Detección de umbrales sinecológicos
1) Determinar pautas en la configuración
comunidades para distintos grupos taxonómicos
(formas de vida)
2) Relación entre clases de comunidades y factores
ambientales
3) Establecimiento de umbrales ecológicos por
discontinuidades en la relación entre las clases
de comunidades y el ambiente

23. Las montañas del mundo están cambiando
Necesidad de observación, proyección de los cambios y acciones de
mitigación o adaptación
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Los cambios en los lagos van más allá del propio lago. Interés por los
cambios más abruptos.
Concepto de umbral ecológico
Ponerlos de manifiesto implica estudios extensivos a través de amplios
gradientes ambientales
Umbrales en los lagos alpinos
Implicaciones en un contexto de Cambio Global

24. Sotllo Redon
Lliterola
Romedo de dalt Major de la Gallina
Estanyet d’Amitges
Tamaño del lago
Sustrato rocoso
Altitud
Puis La Llosa
Trescuro de baix

25. Muestreo
lagos alpinos
europeos
Verano 2000 Lakes
Alps 86
Central Swiss Alps (CA)
Proyecto 12
Piedmont-Ticino (PT) 29
EMERGE Tyrol (TY) 31
Julian Alps (JA) 14
Pyrenees (PY) 85
Tatra Mountains (TA) 49
Catalan J., Barbieri M.G., Bartumeus F., Bitušík P., Retezat Mountains (RE) 6
Botev I., Brancelj A., Cogălniceanu D., Manca M.,
Marchetto A., Ognjanova-Rumenova N., Pla S., Rila Mountains (RI) 9
Rieradevall M., Sorvari S., Štefková E., Stuchlík E. &
Ventura M. Ecological thresholds in European alpine
TOTAL 235
lakes. Freshwater biology (in press).

26. Grupos considerados
Diatomeas* (542 taxa) Rotíferos (34) Quidóridos* (22)
Crustáceos planctónicos (41) Quironómidos* (93)
* restos en sedimento

27. Condiciones ambientales (47 variables)
Standard
Acronym Units Minimum Maximum Median Mean deviation
Physical features
Altitude Alt (m a.s.l) 1311 2990 2140 2141 325
Surface summer temperature SSWT (oC) 2 18 10 10 4.1
Ice cover duration Ice_cover (days) 105 239 193 188 26.5
Area L_Area (ha) 0.05 53 2.8 5.5 7.6
Water residence time
Depth
WRt
Depth
(years)
(m)
0.005
0.7
7
123
0.2
12.0
0.5
17.7
0.9
17.6 Directa o
Photic Index Phot_I (%) 1.0 100 71 66 34.1
Rocky littoral zone
Sandy littoral zone
Lit_Rock
Lit_Sand
(%)
(%)
0
0
100
100
80
15
67
20
28.2
21.3
indirectamente se
Organic littoral zone
Water column features
Chloride
Liit_Org
Cl
(%)
(µeq l-1)
0
1.8
100
91
0.0
5.5
12
7.5
22.1
9.4
consideraron la
Sodium
Potassium
Na
K
(µeq l-1)
(µeq l-1)
0.0
0.0
89
56
16.1
4.1
20.6
5.6
14.6
5.7
mayoría de factores
Conductivity Con (µS cm-1) 5.1 228 21.3 43.1 46.7
pH
Acid neutralising capacity
pH
ANC (µeq l-1)
4.5
-40.0
9
2660
7.0
109
7.0
348
0.9
525.8
ambientales que
Calcium
Magnesium
Ca
Mg
(µeq l-1)
(µeq l-1)
15.6
3.8
2482
1341
131
14.9
332
74.9
426.8
153.0 definen las
Sulphate Sulphate (µeq l-1) 0.1 2207 43.1 78.7 182.7
Dissolved organic carbon
Silicon
DOC
Si
(mg l-1)
(mg l-1)
0.003
0.001
9
5
0.6
0.7
0.9
0.8
1.1
0.6
condiciones próximas
Ammonium
Nitrate
Total organic nitrogen
Ammonium
Nitrate
TON
(µeq l-1)
(µeq l-1)
(µeq l-1)
0.007
0.003
0.010
14
47
124
1.1
12.1
5.8
1.4
12.9
12.9
1.5
10.5
22.1
a los organismos de
Total phosphorus
Bacteria
TP
Bacteria
(µg l-1)
(µg C l-1)
0.7
0.5
78
1671
3.7
19.7
5.6
32.8
7.8
118.0
carácter químico,
Chlorophyll Chl (µg l-1) 0.0 29 1.0 2.2 3.7
Sediment features
Loss on ignition LOI (%) 1.0 45 17 18 10
físico y biológico.
C:N C:N (a:a) 0.01 92 0.2 2 8
(mmol g-1
Total carotenoids Sed_Car LOI) 0.03 38 1.4 3 5
Aluminium Al (mg g-1 dw) 2.0 169 36 41 23
Iron Fe (mg g-1 dw) 1.0 226 32 38 30
Titanium Ti (µg g-1 dw) 4.5 8597 1319 1658 1228
Phosphorus P (µg g-1 dw) 89 4030 1243 1261 855
Manganese Mn (µg g-1 dw) 1.7 28974 303 642 2045
Lead Pb (µg g-1 dw) 5.3 1855 110 147 166
Zinc Zn (µg g-1 dw) 4.8 17850 138 295 1325
Cadmium Cd (µg g-1 dw) 0.0 56 0.7 1.3 4.3
Copper Cu (µg g-1 dw) 0.1 1934 23 48 140
Arsenic As (µg g-1 dw) 0.1 3434 18 85 268
Selenium Se (µg g-1 dw) 0.0 13 1.4 1.6 1.7
Mercury Hg (µg g-1 dw) 0.0 3 0.2 0.3 0.3
(part. mg-1
Spheroidal carbonaceous particles SCP dw) 0.02 38.9 1.7 3.1 4.5

28. Configuración de comunidades Diatoms
100
Lake partition (k-means) into N 50
clusters using similarities Rotifers
400
between lake communities
200
IndVal Sum
Chydorids
Indicative value of each 400
taxa for each cluster
300
MonteCarlo test of the 400
taxon indicative value
Zooplankton
200
Chironomids
Sum of the indicative value of 1000
all the significant taxa 500
(SumIndVal)
2 4 6 8 10 12 14 16
Max(SumIndVal) for N = 2, 3, 4,……n Number of clusters

29. Las variables ambientales relevantes difieren entre y dentro de los
grupos. Sin embargo, existen unos pocos factores ambientales
latentes
2.0
1.5
Height
1.0
Phot_I
0.5
As
TN
Ice_Cover
SSWT
Sulphate
WRt
Si
Fish
DOC
Sed_Car
Nitrate
TP
Lit_Org
Seepage
K
Inlet
TON
Mn
L_Area
Depth
Bacteria
LOI
Zn
Mg
C:N
Pb
0.0
SCP
Lit_Rock
pH
Cu
Fe
Cond
Se
Cd
Ca
ANC
Estado
“Gradiente trofo-
Tamaño
Balance altitudinal” dinámico
del lago
ácido-base

30. Umbral de tamaño de lago
(3 ha area, 10-15 m depth)
a a a a ac ad ae af ag ab bd bd bd bd bc bd bd b bd bd bd
40 1% 1.00
h ef gh h dg h gh h gh
30 100.00
100 %
gh h
100
20
10
Lake area (ha)
8
7
Depth (m)
6
5
4 10
3
2
1
1 B
iv lp e h in u n h ol g m ar y n n c ie c yl d c
An Aa Bd sp Fp se Dte sp Pd Tlu co Ah ab Klo na co Kh Mla Cs ra Pro 0.1 1.0 10.0
A_ _B_ _C_ _E_C bC_ cE_P _B_ _B_C _B_ _B_ F_C aC_ C_C _A_ bE_F aF_K bE_ _D_ acI_ _A_M bF_
D_ Z R Z D_ _ a D C R Q _b C_ Z_a R D_ R_ R_ Z Q_ Q Q_
Q D
Lake area (ha)
Assemblage
Geometría ecosistema: extensión de las
condiciones del litoral a todo lago. Falta zona
trofolítica.

31. Umbral balance ácido-base
(ANC 200 µeq l-1)
a a a a ab b abc bcd bd
1000
ANC (µeq l-1)
200
100
10
niv sp
h dis sa
c gra pin na
n om ten
_A _C _A _A _A _F _F Cc _D
_A _E aD bH bG bC bE F_ _B
D Z D_ D_
a
D_
a D_ D_ D_
b D
Assemblage
Umbral fisiológico: mayor influencia en
organismos con mayor intercambio iónico con
el medio (i.e., algas)

32. Umbral trofo-dinámico
(0.6 mg L-1 DOC, 3-4 µg L-1 TP)
4.0 a ac a a ae bce bc bce bce bce b CA
JA
3.0 PT
PY
Dissolved Organic Carbon (mg l-1)
2.0 RE
RI
Total phosphorus (µg l-1)
TA
TY
1.0
0.8 10
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1
C
u r p h e lon c c p ir 0.1 1.0 10.0
se Hma _Aal sp Bd lon Le ex sp Ch
_P _C _C_ _A_K _A_D _D_ D_A H_M bD_
cE _aC_ Z_B C_B R c
R bd Q_ Dissolved organic carbon (meq l )
a R Z a -1
Q_ Q C_ Q_
Assemblage
Flujo de carbono en el ecosistema:
ultraoligotrogia

33. Umbral de gradiente altitudinal
(190 días de duración de la cubierta de hielo)
240 a a ac ad bc bcd b bcd b
220
Ice cover duration (days)
Ice cover duration (days)
200
190
180
160
CA
140
JA
PT
PY
RE
120 RI
100 TA
TY
c pp us r r h
ex lon ha so sp se
u alp 1300 1800 2300 2800
_A Ms Pa _D _A _P _C _P _A
cD H_ G_ _A aC hK _B cE _B Altitude (m a.s.l.)
a bd bd Z C_ bd C a Z
C_ Q_ Q_ Q_ Q_
Assemblage
Condiciones de contorno bioclimático

34. Las montañas del mundo están cambiando
Necesidad de observación, proyección de los cambios y acciones de
mitigación o adaptación
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Los cambios en los lagos van más allá del propio lago. Interés por los
cambios más abruptos.
Concepto de umbral ecológico
Ponerlos de manifiesto implica estudios extensivos a través de amplios
gradientes ambientales
Umbrales en los lagos alpinos
Podemos identificar valores en variables ambientales alrededor de los
cuales los cambios en las comunidades son más probables
Implicaciones en un contexto de Cambio Global

35. Umbral de tamaño de lago
(3 ha area, 10-15 m depth)
Redon La Llosa
Lagos grandes y pequeños (lagunas) no
es una arbitrariedad, corresponden a
formas de organización del ecosistema
distintas (también marcos evolutivos
distintos) y, por tanto, sistemas de gestión
distintos

36. Umbral balance ácido-base
(ANC 200 µeq l-1)
Psenner, R. Schmidt R. 1992.
El Cambio Global no es sólo cambio climático:
Climate-driven pH control of
remote alpine lakes and effects of acidificación, fertilización…
acid deposition. Nature, 781-783

37. Umbral trofo-dinámico (0.6 mg L-1 DOC, 3-4 µg L-1 TP)
Vegetation changes, Glacier National Park, Montana, USA
Conjunto de la dinámica trófica relacionada cambios vegetación

38. Umbral de gradiente altitudinal
(190 días de duración de la cubierta de hielo)
Umbral duración hielo
Puede darse una
respuesta biológica
mayor ante un
cambio físico
aparente menor

39. Las montañas del mundo están cambiando
Necesidad de observación, proyección de los cambios y acciones de
mitigación o adaptación
Valor añadido de los lagos en el paisaje
Los cambios en los lagos van más allá del propio lago. Interés por los
cambios más abruptos.
Concepto de umbral ecológico
Ponerlos de manifiesto implica estudios extensivos a través de amplios
gradientes ambientales
Umbrales en los lagos alpinos
Podemos identificar valores en variables ambientales alrededor de los
cuales los cambios en las comunidades son más probables
Implicaciones en un contexto de Cambio Global
Es un reto identificar umbrales, su origen en términos “mecanicistas” y sus
implicaciones para la gestión, mitigación y adaptación al cambio

40. Gracias por vuestra atención
catalan@ceab.csic.es
Co-autores del estudio dentro del proyecto EMERGE:
M. Grazia BARBIERI, Frederic BARTUMEUS, Peter BITUŠÍK, Ivan
BOTEV, Anton BRANCELJ, Lluís CAMARERO, Dan COGĂLNICEANU,
Marina MANCA, Aldo MARCHETTO, Nadja OGNJANOVA-RUMENOVA,
Sergi PLA, Maria RIERADEVALL, Sanna SORVARI, Elena ŠTEFKOVÁ,
Evžen STUCHLíK, Marc VENTURA.