Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 1985. / Includes bibliographical references (leaves 144-149). Available online via OhioLINK's ETD Center

Thesis (M.A.Geo.)--Texas State University--San Marcos, 2009. / Vita. Reproduction permission applies to print copy: Blanket permission granted per author to reproduce. Includes bibliographical references (leaves 44-47).

Thesis (M.S.)--Humboldt State University, 2007. / Includes bibliographical references (leaves 100-103). Also available via Humboldt Digital Scholar.

Thesis (M.S.)--University of Texas at El Paso, 2008. / Title from title screen. Vita. CD-ROM. Includes bibliographical references. Also available online.

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El crecimiento de la población humana y el aumento del consumo producen un creciente deterioro de los sistemas naturales, especialmente en el ámbito limnológico. Los ecosistemas de agua dulce han perdido mayor diversidad biológica y hábitats en comparación con los terrestres y los océanos. En la Argentina, los agroecosistemas representan el paisaje dominante de la región Pampeana donde actualmente el cultivo más importante es la soja, que a partir del año 2009 representó aproximadamente la mitad de la superficie total cultivada: 16,7 millones de ha. El consumo de pesticidas se incrementó de 6 millones de kg en 1992 a 36 millones en 2010. Los insecticidas más utilizados corresponden en primer lugar al organofosforado clorpirifos, luego el órganoclorado endosulfan y el piretroide cipermetrina. Los trabajos que estudian de manera integrada los ensambles de peces, las características físicas y químicas del agua y el uso del suelo en la cuenca son escasos. Los objetivos de la presente tesis fueron estudiar la toxicidad y su persistencia en la escorrentía superficial con posterioridad a aplicaciones de insecticidas en el cultivo de soja y caracterizar el efecto producido por los principales usos del suelo sobre el ensamble de peces mediante la comparación de su composición en arroyos con distintos usos en sus cuencas: ganadería extensiva, ganadería intensiva (feedlots), agricultura convencional (cultivos) e intensiva (huertas) y urbanos. Se estudió la persistencia de la toxicidad de cipermetrina clorpirifos y endosulfan en el cultivo de soja sobre el pez Cnesterodon decemmaculatus (Cyprinodontiformes Poeciliidae).

Los ríos están amenazados por presiones socioeconómicas que alteran los usos del suelo y el clima degradando las condiciones ambientales, por ende afectando la calidad del agua y la hidrología de estos ecosistemas. Aproximadamente el 40% de la superficie terrestre está ocupada por cultivos y pasturas, y el uso de fertilizantes que contienen fósforo y nitrógeno se ha incrementado entre dos y siete veces respectivamente en los últimos 40 años. Estos cambios forman parte de lo que se conoce como “cambios globales”, cuya definición abarca la combinación de cambios climáticos (tales como alteración de los patrones de precipitación y temperatura, variaciones en el CO<SUB>2</SUB> atmosférico, etc.), y de cambios en el uso de la tierra (como el aumento en el uso de fertilizantes, aumento de la urbanización, etc.). Por lo tanto es esperable de acuerdo con los futuros escenarios de cambios climáticos que los cursos de agua sufran cambios de distinta magnitud, dependiendo el área del planeta que se analice. En el caso de la región pampeana estos incluirían de acuerdo con los pronósticos aumentos en la escorrentía y temperatura que acarrearán aumentos de nutrientes, sólidos en suspensión y de la velocidad de la corriente. De acuerdo con los descriptores analizados en las experiencias in situ y ex situ realizadas en esta tesis, fue posible comprobar algunos de los efectos pertinentes a estas problemáticas en sistemas lóticos pampeanos. En esta tesis se focalizó el interés en el desarrollo y las características del biofilm epipélico, que recubre los sedimentos finos del lecho de los cursos de agua pampeanos. Esta microcomunidad está modulada por muchos factores, entre los que se incluyen las concentraciones de nutrientes inorgánicos, la luz, temperatura, el sustrato, la herbivoría, la velocidad de la corriente y las características de las partículas transportadas por el flujo, entre otros. Por lo tanto, las presiones originadas por los cambios globales pueden tener efectos significativos sobre el desarrollo de este tipo de biofilm. El objetivo general de la presente tesis fue estudiar los cambios en la estructura y funcionamiento de los biofilms epipélicos de cursos de agua de la llanura pampeana expuestos a las consecuencias relacionadas con algunos de los efectos de los cambios globales. Para esto se realizaron experiencias in situ y ex situ con la finalidad de contrastar hipótesis vinculadas al incremento de nutrientes, temperatura, turbidez y velocidad de la corriente, como algunas de las variables que podrán ser afectadas en el marco de estos cambios. Para cumplir esta finalidad se realizó una experiencia de adición de nutrientes en campo y dos experiencias de laboratorio en canales artificiales. La experiencia de adición experimental de nutrientes (fósforo y nitrógeno) se realizó en un tramo de un arroyo pampeano (denominado tramo Impacto), y se comparó con un tramo del mismo arroyo sin modificar (denominado tramo Control). Ambos tramos fueron muestreados por 9 meses previamente a la adición experimental de nutrientes y durante 12 meses durante la adición continua de nutrientes. En esta experiencia, llevada a cabo en el Arroyo “La Choza” de la localidad de Luján, se estudiaron las variaciones en las biomasas algales y bacterianas y la producción de enzimas relacionadas con la degradación de materia orgánica (&beta;-glucosidasa) y con la adquisición de nutrientes (fosfatasa). Para esta fertilización se buscó generar un enriquecimiento moderado, triplicando los niveles basales del arroyo de fósforo y nitrógeno, para lo que se adicionó fertilizante de uso comercial (Nitrofoska Azul ® 12%P, 12%N). Entre los resultados obtenidos, se observó un aumento progresivo de la biomasa algal seguido por aumentos graduales de la biomasa bacteriana. Esto sugiere que las bacterias basan su consumo preferentemente en los productos autotróficos (ej.: carbono) mientras que el consumo de nutrientes inorgánicos tanto como para algas como para bacterias es reducido. Por otro lado, la falta de respuesta de las enzimas analizadas a la adición de nutrientes, y su baja concentración en el arroyo, demuestran que el biofilm no es estimulado por estas condiciones para producirlas. Esto es consistente con los arroyos donde los nutrientes no son limitantes, y su adquisición resulta simplificada. Las dos experiencias en laboratorio se llevaron a cabo empleando canales artificiales. Una se realizó con un biofilm proveniente de un arroyo con bajo impacto antropogénico (valores promedio de Fósforo Reactivo Soluble (PRD) 0,37 mgL-1; Nitrógeno Inorgánico Disuelto (NID) 0,22 mgL-1, DBO5 6 mgL-1, DQO 15 mgL-1, OD 7,70 mgL-1) y otra con uno procedente de un arroyo con alto impacto antropogénico (valores promedio de PRS 2,24 mgL-1; NID 1,85 mgL-1, DBO5 46 mgL-1, DQO 105 mgL-1, OD 5,28 mgL-1). El biofilm de ambos arroyos se desarrolló en los canales y se les aplicó dos tipos de tratamientos (TB: tratamiento bajo y TA: tratamiento alto). Estos consistieron en incrementar los nutrientes en el agua (fósforo y nitrógeno), la turbidez, la velocidad de la corriente y la temperatura de acuerdo con las predicciones planteadas en los escenarios de cambio global. El tratamiento TA recibió un mayor incremento de esas variables que el tratamiento TB, y ambos tratamientos fueron comparados con canales control (C). Cada tratamiento y control fue realizado por triplicado, y el agua de los canales artificiales fue provista por el mismo arroyo de donde se colectaron los biofilms. Las experiencias de laboratorio presentadas en esta tesis trataron de demostrar que el efecto combinado del aumento de la velocidad de la corriente, nutrientes, turbidez y temperatura, favorecen un mayor desarrollo y actividad en la comunidad biológica. Los principales resultados evidencian que la composición de especies del biofilm es alterada cuando es expuesta a los efectos simultáneos de estos cuatro estresores asociados a los cambios globales en la llanura pampeana. La disminución de especies de diatomeas oligotróficas y oligosaprobicas en el experimento con biofilms del arroyo con bajo impacto antropogénico indica que el ensamble es afectado por los tratamientos. En esa misma experiencia, la diversidad y la riqueza específica disminuyeron en los tratamientos más intensos del experimento, sugiriendo que dicha comunidad es más sensible que la desarrollada en el experimento con biofilms del arroyo mas impactado. Sin embargo, otras variables estructurales y metabólicas que caracterizan el biofilm en general – tales como el contenido de clorofila “a”, la biomasa bacteriana, los carbohidratos totales y el peso seco libre de cenizas– no evidenciaron diferencias significativas a causa de los estresores estudiados. Hay que considerar que las pequeñas variaciones debidas a los tratamientos pueden ser importantes para la escala de tiempo empleada, e incluso la estructura de las comunidades fue alterada hasta la significancia estadística. Por ejemplo, las proporciones de especies de diatomeas, al ser clasificadas por su consumo del nitrógeno, saprobiedad y estado trófico, sufrieron pequeñas modificaciones en el corto plazo de las experiencias. Estos cambios estructurales en estas comunidades fueron mayores en aquella que provenía de un arroyo con un menor impacto antropogénico, como es esperable a comunidades menos tolerantes. Estos cambios parecen sutiles, pero resultan amplios si se considera la escala temporal y espacial utilizada. Los cambios globales ejercen sus efectos a escalas temporales y espaciales mucho mayores a las utilizadas en estos ensayos, y la cantidad de variables a considerar para su estudio apropiado es muy vasta. Pero es mediante el estudio a escalas pequeñas que se puede llegar a una mejor comprensión de la dinámica interna de esta microcomunidad y de los efectos que tienen las variables que influencian su desarrollo. De acuerdo con los resultados obtenidos en esta tesis es posible reconocer que los arroyos pampeanos demuestran una resistencia al cambio que se manifiesta a través de respuestas diferidas o de pequeños cambios visibles a diferentes escalas. En síntesis, la mayor parte de las hipótesis planteadas en esta tesis fueron rechazadas. Por lo cual el efecto de los enriquecimientos con nutrientes puede ser menos predecible en sistemas con altas concentraciones basales de nutrientes, como es el caso de los arroyos pampeanos, naturalmente enriquecidos. Referencias bibliográficas acreditan que estos arroyos muestran una red trófica muy compleja y compartimentalizada, y esa complejidad sería una de las causas que amortiguarían la transferencia potencial de los efectos de las adiciones de nutrientes. Estos resultados indican que el amplio rango de medidas que pueden reducir los efectos de la eutrofización en arroyos debería incluir la planificación de los usos del suelo, particularmente los usos urbanos y agrícolas, reconocidos como las principales fuentes de nutrientes que pueden ingresar a los arroyos.

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El ecosistema fluvial integra la biota, interacciones biológicas y procesos físicos y químicos que determinan cómo funcionan dichos sistemas. En los arroyos pampeanos tanto el biofilm como las macrófitas acuáticas constituyen recursos basales importantes para las comunidades acuáticas de macroinvertebrados. Dichos recursos también proporcionan energía acumulada en forma de materia orgánica. Además en estos ambientes los valores de nutrientes son eleva¬dos. El análisis del complejo biológico resulta de sumo interés para interpretar tanto el balance energético fluvial como la calidad del agua. En este contexto los macroinvertebrados tienen un papel relevante en el procesamiento del material fino y de los sedimentos ya que son los principales consumidores de materia orgánica particulada y representan una biomasa impor¬tante en los sistemas lóticos. El objetivo general de este estudio fue determinar y comparar la dieta de los principales macroinvertebrados de ambientes lóticos de la llanura pampeana que presentan diferentes grados de disturbio con el fin de establecer su ubicación dentro de los grupos funcionales alimentarios (GFA) y sus relaciones tróficas, para ello fueron empleadas las técnicas de análisis de contenido intestinal, isótopos estables y estequiometría ecológica. Los arroyos pampeanos seleccionados para este estudio fueron el arroyo Rodríguez y el arroyo Carnaval ambos afluentes del Río de La Plata en los cuales se seleccionaron tres sitios, dos ubicados en el arroyo Rodríguez (R1: Latitud S: 340 53´59.89”; Longitud O: 580 3´44.26”) y R2: Latitud S: 340 52´42.95”; Longitud O: 580 2´7.79”) los cuales se hallan aguas abajo de la des-carga de un frigorífico y de un dique de contención localizado en un barrio privado. El sitio del arroyo Carnaval (C: Latitud S 340 53´8.67”; Longitud O 580 5´23.43”) presenta como principal impacto observable, el dragado de su cauce y fue tomado como “referencia” por sus mejores condiciones fisicoquímicas del agua. Fueron realizadas 5 campañas de muestreo durante noviembre del 2009 hasta diciembre del 2010. Se tomaron datos fisicoquímicos: oxígeno disuelto (OD), conductividad, pH, turbidez, Tº, demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química de oxígeno (DQO), nitritos (N-NO2-), nitratos (N-NO3-), amonio (N-NH4+) y fosfato (P-PO43-) e hidrogeomorfológicos: velocidad de corriente, ancho mojado, profundidad media, caudal, sólidos suspendidos totales (SST), porcentajeorgánico de SST, materia orgánica particulada fina (MOPF), materia orgánica particulada gruesa (MOPG), granulometría del sedimento; así como muestras de biofilm (epipelon, epifiton) y de macroinvertebrados presentes en el sedimento y la vegetación. Todas las muestras fueron obtenidas por triplicado. En una campaña adicional realizada en noviembre del 2011 se analizó la concentración de metales pesados, pesticidas e hidrocarburos en el sedimento (analizados mediante métodos estándar) así como también se determinaron los valores de δ15N y δ13C y contenido de C:N:P de los SST, vegetación acuática, biofilm (epipelon y epifiton) y de los macroinvertebrados bentónicos. Los resultados de las variables fisicoquímicas, el índice biótico de calidad de agua (IBPAMP) y la taxocenosis de la comunidad demuestran un fuerte impacto antropogénico en el arroyo Rodríguez con contaminación principalmente de origen orgánico, aunque también se detectó la presencia de metales pesados por debajo de los valores permitidos. El arroyo Carnaval pre-sentó mejores condiciones de calidad de agua evidenciada por el elevado oxígeno disuelto, la baja conductividad, y los bajos valores de nutrientes, de DBO5 y de DQO que posee este sitio. En ambos sitios del arroyo Rodríguez los valores de OD fueron bajos y el resto de los paráme-tros mencionados fueron más elevados. La mayoría de los organismos analizados en este estudio formaron parte del grupo funcional de colectores recolectores. Esto destaca la afinidad que poseen los taxa por el detrito indi-cando la importancia de este recurso para estos ecosistemas lóticos pampeanos. Se observó una coincidencia elevada entre los GFA asignado para los taxa de los arroyos pampeanos y los de sus congéneres de América del Norte. La principal diferencia estuvo dada por la ausencia de organismos netamente fragmentadores. Se pudo observar un fuerte consumo de detritos, restos vegetales y algas en los taxa no depredadores. En cambio en los taxa depredadores los restos animales estuvieron constituidos por quironómidos, oligoquetos y microcrustáceos, todas estas presas forman parte del GFA de los colectores. Esto afirma la idea de que los colec¬tores, debido a su prevalencia y modo de alimentación, jugarían un rol importante en las redes tróficas de los ecosistemas acuáticos en el reciclado de la materia entre los recursos basales y los niveles tróficos superiores. El estudio de la alimentación permitió representar las interacciones entre las especies en dia¬gramas denominados redes tróficas los cuales representan la estructura a partir de la cual las comunidades se organizan según la transferencia de materia y a lo largo de un flujo de energía y son fundamentales para describir la dinámica de poblaciones y comunidades. El método empleado para su estudio fue el análisis de los contenidos intestinales, el cual representa el tipo de alimento disponible y consumido. Para crear los diagramas tróficos fueron considera¬dos todos los macroinvertebrados registrados, excluyendo a aquellos ejemplares con el tubo digestivo vacío o aquellos con hábito alimentario suctorial. Los resultados indicaron que en el arroyo Carnaval el número de relaciones en los gráficos de conexiones tróficas fueron mayores y más complejas que en el arroyo Rodríguez donde la trama se ve simplificada. A su vez se observó una disminución de las conexiones sobre todo durante los meses donde la temperatura fue más baja. Un método complementario al estudio de los contenidos intestinales aplicado en este trabajo fue el análisis de los isótopos estables los cuales constituyen una herramienta útil para esti¬mar la posición de los organismos en la trama trófica así como los recursos de materia orgánica dentro del ecosistema. También son de gran utilidad para detectar fuentes contaminantes o diferentes procesos que ocurren en el ambiente. Los resultados de isótopos estables indicaron que el rango de valores de δ15N en el arroyo Rodríguez fue bajo probablemente por el aporte de fertilizantes provenientes de las huertas aledañas, evidenciado por el valor bajo del material sestónico (sólidos suspendidos) a su vez los valores para la MO fueron elevados por lo cual los mismos provendrían de desechos cloa-cales. En el arroyo Carnaval el rango elevado podría corresponder a una condición natural de los arroyos pampeanos en donde debido a las condiciones anóxicas de los sedimentos los mismos se encuentran enriquecidos con δ15N respecto a otros ambientes. El δ13C indicaría que las fuentes de carbono para los taxa en el arroyo Rodríguez serían el seston, epipelon, epifiton y Alternanthera filoxeroides. En el arroyo Carnaval los taxa obtendrían el carbono proveniente de la materia orgánica particulada y el epipelon. Las relaciones de carbono, nitrógeno y fósforo (C:N:P) de los taxa no mostraron diferencias muy marcadas entre los sitios estudiados. Esto podría indicar un fuerte mecanismo de re¬gulación en los organismos tolerantes para mantener la homeostasis estequiométrica en un ambiente con elevado contenido de nutrientes. Por lo cual la teoría estequiométrica sería una herramienta útil para estudiar el balance de energía en las interacciones ecológicas de las co¬munidades bentónicas fluviales.

Gully erosion has been established as a major source of sediment pollution in the upper Trinity River watershed in north-central Texas. This fact, along with a lack of models appropriate for a large-area gully erosion analysis established a need for a gully erosion study in the upper Trinity basin. This thesis project attempted to address this need by deriving an index indicative of gully erosion risk using remote sensing and geographic information systems (GIS) methodology. In context of previous field studies, the coarse spatial resolution of the input GIS data layers presented a challenge to prediction of gully prone areas. However, the remote sensing/GIS approach was found to provide useful reconnaissance information on gully risk over large areas.