Instability of shallow lakes : a matter of the complexity of factors involved in sediment and water interaction?

Instability and extreme fluctuations in water quality characterizing shallow lakes are to a large extent due to rapid changes in the internal supply rates of nutrients. In fact, is in these systems that sediment and water interaction plays a major role in nutrients' dynamics. For this study, a double-approach perspective with both field measurements and laboratory experiments has been used in order to determine the contribution of physical, biological, and chemical mechanisms to nutrients' dynamics in two shallow adjacent lakes in Andalusia (Spain). Despite their geographic proximity, strong differences between the study systems have been recognised. In the Lake Honda, the high nutrient concentrations, which ultimately support a large algal biomass, are the result of: i. Resuspension of the surface sediment favoured by its morphometry, hydrologic regime and sediment granulometry. ii. Intense organic matter mineralization due to the labile nature of the organic settled matter (planktonic). In Lake Nueva, by contrast, physical constrains (i.e. wind-induced resuspension) have a limited effect due to the coarse surface sediment and to the development of macrophytes (Najas marina, Potamogeton pectinatus). In addition, the structurally more complex organic matter of its sediment regulates the low nutrients turnover. In this lake, nutrient exchange rates across the sediment-water interface are also controlled by chemical processes, such as P adsorption onto CaCO3, a mechanism that is favoured by the high Ca+2 concentration in the interstitial water. In this way, the joint effect of physical, chemical, and biological mechanisms determine the fast nutrients' benthic regeneration in Lake Honda, while in contrast, a large fraction of the nutrients present in the sediment of the Lake Nueva is in particle form.La inestabilidad y las extremas fluctuaciones en la calidad del agua que caracterizan a los lagos someros, se deben en gran medida, a cambios rápidos en la carga interna de nutrientes. De hecho, es en éstos sistemas, donde la interacción agua-sedimento juega un papel esencial en la dinámica de los nutrientes. Para este estudio, se ha empleado una doble aproximación, basada tanto en datos de campo como en experimentos en laboratorio, para determinar la contribución de mecanismos físicos, químicos y biológicos a la dinámica de los nutrientes en dos lagunas costeras en Andalucía (España). A pesar de su proximidad geográfica, se han reconocido fuertes diferencias entre ambos sistemas. En la laguna Honda, las elevadas concentraciones de nutrientes, que en última instancia soportan una elevada biomasa algal, son el resultado de: i. Resuspensión del sedimento superficial, favorecida por la morfometría, el régimen hídrico y la granulometría de su sedimento. ii. Intensa mineralización de la materia orgánica debida al carácter lábil de la materia orgánica sedimentada (origen planctónico). En la laguna Nueva, por el contrario, el impacto de los factores físicos (p.e. resuspensión inducida por el viento) se encuentra limitado por la gruesa granulometría del sedimento superficial así como por el desarrollo de macrófitos (Najas marina, Potamogeton pectinatus). Más aún, la naturaleza estructuralmente más compleja de la materia orgánica presente en su sedimento determina unas menores tasas de regeneración de nutrientes. En esta laguna, las tasas de intercambio de nutrientes a través de la interfase agua-sedimento se encuentran, además, controladas por procesos químicos, tales como la precipitación de P sobre CaCO3, mecanismo que se encuentra favorecido por las elevadas concentraciones de Ca+2 presentes en el agua intersticial. Por tanto, es la conjunción de mecanismos físicos, químicos y biológicos los que determinan la rápida regeneración béntica de nutrientes en la laguna Honda; mientras que, por el contrario, una importante fracción de los nutrientes presentes en el sedimento de la laguna Nueva se encuentra en forma particulada