ecosistemas
ISSN 1697-2473
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Ecosistemas 33(3): 2759 [septiembre - diciembre / September - December, 2024]: https://doi.org/10.7818/ECOS.2759
Editor asociado / Associate editor: Ignasi Bartomeus
NOTA / NOTE
Una cámara sencilla y de
reducido coste para medir flujos de CO2 en humedales muy someros
Miriam Ruiz-Nieto1,* 
, Paula
Warren-Jiménez1 , Enrique Moreno-Ostos1
(1) Grupo de Ecología Marina y Limnología.
Dpto. Ecología. Facultad de Ciencias. Universidad de Málaga, 29071 Málaga.
España.
* Autora de correspondencia /
Correspondig author: M. Ruiz-Nieto [mruiznieto@uma.es]
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> Recibido / Received: 15/05/2024 – Aceptado / Accepted: 24/07/2024
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Cómo
citar / How to cite: Ruiz-Nieto,
M., Warren-Jiménez, P., Moreno-Ostos, E. 2024. Una cámara sencilla y de
reducido coste para medir flujos de CO2 en humedales muy someros. Ecosistemas
33(3): 2759. https://doi.org/10.7818/ECOS.2759
Los humedales constituyen un
elemento clave en la dinámica biogeoquímica global del carbono. Una vez que el
carbono procedente de los ecosistemas terrestres adyacentes es incorporado a
las masas de agua, éste puede sufrir diversas transformaciones biogeoquímicas,
ser incorporado al sedimento donde permanecerá secuestrado por largos periodos
de tiempo, o ser emitido a la atmósfera en forma de flujos de gases de efecto
invernadero como CO2 (Gao et al. 2021).
En este contexto, resulta
necesario poder estimar adecuadamente los flujos de CO2 entre la
superficie de los humedales (tanto inundada como de sedimento emergido) y la
atmósfera. Para medir los intercambios de gas en la lámina de agua
tradicionalmente se ha recurrido al uso de cámaras flotantes opacas, conectadas
a un analizador de CO2 por infrarrojos (IRGA). Las cámaras flotantes
derivan libremente sobre la superficie del agua registrando en su interior
cambios en la presión parcial del CO2 debido al intercambio gaseoso
en la interfase agua-atmósfera (Montes-Pérez et al. 2022). De forma análoga, las determinaciones de flujo de
CO2 en sedimentos desecados y suelos se llevan a cabo mediante
cámaras de respiración, instaladas sobre el sedimento y acopladas a un IRGA (Pozzo-Pirotta et
al. 2022).
En ambos casos, el flujo de
CO2 se determina por regresión lineal entre los valores de presión
parcial del gas dentro de la cámara y el tiempo de medida, aplicando
correcciones por cambios de temperatura y de presión atmosférica (Lambert y
Fréchette 2005).
No obstante, nuestra
experiencia de trabajo en campo sugiere que estos dos diseños de cámaras no
resultan apropiados cuando el objetivo es determinar flujos de CO2
en humedales muy someros (profundidad de pocos centímetros). En estos casos la
presencia de una fina lámina de agua impide el uso de cámaras de respiración de
suelos, puesto que imposibilita la circulación del agua entre el interior y el
exterior de la campana. El carácter extremadamente somero de estos ecosistemas
hace poco confiable el uso de cámaras flotantes, diseñadas para columnas de
agua profundas y que suelen varar en el sedimento al derivar, dificultando la
circulación del agua y favoreciendo el intercambio de gases entre la cámara y
la atmósfera.
En esta nota presentamos una cámara diseñada por el Grupo de Ecología
Marina y Limnología de la Universidad de Málaga, que permite la determinación
fiable de flujos de CO2 en humedales muy someros, con profundidades
de entre 0.5 y 5.5 cm. La ventaja de este diseño es que garantiza la renovación
del agua en el interior de la cámara durante el tiempo de medida, a la vez que
evita cualquier riesgo de varamiento en el sedimento que pueda favorecer la
entrada o salida de gas de la misma. Esta cámara permite determinar flujos de
CO2 resultantes del intercambio entre el sistema sedimento-lámina de
agua y la atmósfera. Además, nuestro diseño es de reducido coste (~250 euros) en comparación con sistemas comerciales, que suelen tener
precios un orden de magnitud superior.
La cámara (Fig. 1)
tiene forma cilíndrica (superficie: 174.37 cm2, Altura: 10.3 cm) y
está construida en metacrilato. En su interior tiene alojado un sensor
(HOBOMX2202) que registra de forma continua datos de temperatura del aire a la
frecuencia deseada. En la base superior de la cámara se han instalado dos
racores de conexión rápida para gases, que conectan a través de tubos flexibles
de poliuretano de 1 m de longitud con los conductos de entrada y salida de un
IRGA EGM-5 (PPSystems). Éste registra cambios de
presión parcial de CO2 dentro de la cámara y almacena los datos.
Además, esta misma base presenta una válvula metálica para gases para evitar
sobrepresión gaseosa en el interior de la cámara. Todas las válvulas y racores
están pegados mediante sellador hidráulico de teflón líquido. El cuerpo
cilíndrico de la cámara está sostenido sobre cuatro patas metálicas de acero
inoxidable de 7 cm de altura y 0.5 cm de grosor soldadas a un collar de acero
de 2 cm de alto. El extremo de estas patas está afilado, para facilitar su inserción
en el sedimento.
Figura 1. A) Imagen de la cámara
diseñada; B) Imagen de la cámara midiendo flujos de CO2 sobre
una columna de agua somera; C) Esquema y medidas en mm de la cámara.
Figure
1. A) Image of the designed chamber; B) Image of the chamber measuring CO2 fluxes over a
shallow water column; C) Schematic and measurements in mm of the chamber.
La cámara debe clavarse en el
sedimento con la válvula abierta hasta que la superficie del agua se encuentre
0.5 cm por encima de su borde inferior, para evitar así que pueda entrar o
salir gas de su interior. Si el sedimento es muy fino (i.e. fango limoso) se
recomienda instalar un anillo de flotación de espuma de polietileno de alta
densidad en el perímetro de la cámara a nivel del agua, para impedir que el
propio peso de la cámara haga que se hunda más de lo deseado (al menos 2 cm y
no más de 7 cm) en el sedimento durante la medida. Para conocer bien el volumen
de aire en el interior de la cámara su posición debe ser horizontal y paralela
a la lámina de agua, por lo que se recomienda usar un nivel durante su
instalación. Una vez bien instalada, se debe cerrar la válvula de ventilación
y, entonces, proceder a la medida de cambios de presión parcial de CO2
en su interior utilizando un IRGA acoplado. Una vez tomadas las medidas de IRGA
el cálculo del flujo se lleva a cabo siguiendo a Lambert y
Fréchette (2005) de manera análoga al
resto de cámaras.
Para comparar resultados obtenidos utilizando nuestro
diseño frente a medidas con cámara flotante tradicional realizamos tres
determinaciones con cada cámara en la misma ubicación de un humedal somero en
proceso de desecación (Fuente de Piedra, Málaga) (Fig. 2).
Las medidas con cámara flotante fueron más variables y se apartaron
frecuentemente de la linealidad (R2 0.66-0.85), a diferencia de las
determinaciones con nuestra cámara, que resultaron muy consistentes y bien
ajustadas a una función lineal (R2 > 0.97). El flujo de CO2
obtenido con nuestra cámara fue de -4.6 ± 0.2 g CO2
m-2 h-1, y con la cámara flotante fue -4.4 ± 1.8 g CO2 m-2 h-1. A pesar de que no
existen diferencias significativas en el valor medio del flujo (t-test,
p>0.05) las varianzas sí resultaron diferentes (F-test, p<0.05), siendo
significativamente menores cuando se usa nuestra cámara.
Figura 2.
Evolución de la presión parcial de CO2 (ppm) en el interior de una
cámara flotante (izda.) y nuestra cámara (dcha.) durante tres determinaciones
en la misma ubicación de un humedal muy somero en proceso de desecación.
Figure 2. Evolution of CO2 partial pressure (ppm) inside a floating chamber (left) and our chamber (right) during three determinations at the same location in a very shallow wetland under desiccation.
Con esta nota técnica desde
GEML compartimos nuestro diseño con la comunidad científica con el objetivo de
contribuir a una mejor determinación de flujos de CO2 en salinas y
humedales muy someros.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por el proyecto de
Plan Nacional PID2020-114024GB-C33. La construcción de la cámara se llevó a
cabo en el taller de mecanizado de la Universidad de Málaga. Las medidas han
sido realizadas con el permiso de la Consejería de Sostenibilidad, Medio
Ambiente y Economía Azul de la Junta de Andalucía.
Referencias
Gao, Y., Jia, J., Lu, Y.,
Tiantian, Y., Lyu, S., Shi, K., Zhou, F., et al. 2021. Determining
dominating control mechanisms of inland water carbon cycling processes and
associated gross primary productivity on regional and global scales. Earth-Science
Reviews 213:103497.
Lambert,
M., Fréchette, J.L. 2005. Analytical techniques for
measuring fluxes of CO2 and CH4 from hydroelectric
reservoirs and natural water bodies. In: A. Tremblay, L. Varfalvy, C.L. Roehm,
M. Garneau (Eds). Greenhouse gas emissions-fluxes and processes.
Hydroelectric reservoirs and natural environments, pp. 37-60. Springer.
Berlin, Germany.
Montes-Pérez, JJ.,
Obrador, B., Conejo-Orosa, T., Rodríguez, V., Marcé, R., Escot, C., Reyes, I.,
Rodríguez, J., et al. 2022. Spatio-temporal variability of
carbon dioxide and methane emissions from a Mediterranean reservoir. Limnetica
41(1): 43-60.
Pozzo-Pirotta, L, Montes-Pérez, J.J.,
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reservoir. Limnetica 41(1):61-72.