Spatial variability of denitrification along a nitrate-rich seepage chain of lakes (Ruidera Natural Park, Central Spain)

Abstract

Spatial variations of denitrification activity and the relative importance of controlling factors were determined using the isotope pairing technique in a seepage chain of Mediterranean flowthrough lakes (Ruidera lakes) and within a given lake in the chain (Colgada lake), all receiving extremely high nitrogen inputs. The range of denitrification rates measured (28-155 ¿mol N m-2 h-1) were comparable with rates measured with isotope pairing in other freshwater systems. While the bulk of total denitrification was mostly based on NO3- from the overlying water, coupled nitrification-denitrification seemed to be lower in all Ruidera lakes. At the regional scale, i.e. lake district, inter-variability in denitrification (CV = 37 %) was lower than the intra-variability observed in a single lake (CV = 54 %). In fact, a preliminary meta-analysis of data from published studies suggested that denitrification rate variabilities did not differ statistically between the environmental and regional scales. Dissolved oxygen concentration, dissolved organic carbon content and nitrate from the overlying water were found to be the most important factors affecting the spatial heterogeneity of denitrification rate in the lake complex. At the single-lake scale, only phosphorus explained the variability of denitrification rates observed along its main axis. Our study emphasizes the significance of hotspots in denitrification processes, but also highlights the need for further studies on spatial denitrification given that fact that conflicting controlling factors have been found at different scales. To spatially measure denitrification is complicated due to the intrinsic difficulties of the incubation process and hotspots, which makes modelling indispensable.

[ES] Mediante la técnica del par isotópico, estudiamos las variaciones espaciales de la actividad desnitrificante y la importancia relativa de sus factores de control en una cadena de lagos mediterráneos de tipo fluvial (lagunas de Ruidera) y en un lago concreto dentro de la misma (Laguna Colgada), todos los cuales reciben cargas elevadas de nitrógeno. El rango de las tasas medidas mediante dicha técnica fue comparable (28-155 µmol N m-2 h-1) al registrado en otros ambientes dulceacuícolas. Gran parte de las tasas se debieron al nitrato presente en el agua sobrenadante al sedimento (62-83 %), resultando de menor importancia los procesos acoplados de nitrificación-desnitrificación en todos los lagos estudiados. A escala del conjunto lacustre, la variabilidad del proceso fue inferior (CV = 37 %) a la presente en un único lago (CV = 54 %). En relación con esto, un meta-análisis preliminar de la variabilidad de la desnitrificación en distintos limnoambientes reveló que no había diferencias significativas entre la escala del ecosistema individual y la regional. Las concentraciones de oxígeno disuelto, carbono orgánico disuelto y nitrato en el agua sobrenadante fueron los factores fundamentales que controlaron las tasas de desnitrificación en el conjunto de lagos, mientras que en la laguna Colgada solo el ortofosfato explicó la variabilidad del proceso registrada en su eje principal. Este estudio recalca la importancia de los micrositios más favorables (hotspots) para el proceso de desnitrificación, pero también apoya la necesidad de más estudios sobre el tema porque los factores que lo controlan a distintas escalas espaciales difieren entre estudios. Las dificultades intrínsecas a la incubación y a la existencia dichos micrositios para medir espacialmente este proceso mediante cualquier técnica hacen imprescindible la modelización del mismo