[en] This research work is focused largely on the study of the direct effects of eutrophication in the Mediterranean shallow lakes and specifically how the ecological functioning of such lakes changes with increasing nutrient loads and presence of fish. This work aims also to evaluate the most suitable methodologies for the assessment of the ecological state of this type of lakes to aid in finding useful tools for the implementation of the Water Framework Directive (WFD). This work has two main sections, being each one a part of two European projects including shallow lakes of different European locations: (1) The SWALE project that pretended to study the differences in the ecological functioning of shallow lakes subject to a controlled eutrophication experiment in a latitudinal gradient (6 european locations). (2) The ECOFRAME project that was aimed to test, in a total of 66 lakes in Europe, the indicator parameters that could be used to control the quality of water by the Water Framework Directive (WFD). The field work of each project was repeated twice, in more or less the same way, in 2 consecutive years, that of the two projects all together lasting 4 consecutive years. The used methodology was observational and experimental. The experiments were carried out "in situ" mesocosms by manipulating inorganic nutrients of P and N and several densities of planktivorous fish Gambusia holbrooki. These mesocosms subjected to manipulation were compared with control or unmanipulated mesocosms and samples from the lake outside the mesocosms. The shallow lakes chosen for the study of their main limnological variables and evaluation of indicators to be used as an aiding-tool in the application of the WFD, were: Laguna del Pozo de Prat de Cabanes-Torreblanca, Albufera de Valencia, Ullal del Baldoví, Laguna de Cap de Terme, Laguna Rini de Xeresa en la Reserva del Samaruc and Charca Sur-Oeste del Hondo de Elche. These shallow lakes have similar origin and are located in marsh areas along the Mediterranean coastline of the Iberian Peninsula under strong anthropogenic impacts. The reason for choosing these lakes was that they showed a trophic gradient. The limnological studies carried out in these lakes showed that the observed differences in the ecological status of these lakes are due to changes in the trophic status and hydrology, these changes seem to have been caused by human activities. Changes in hydrology alter the ionic composition of some of the studied lakes. These lakes differed in their salinity, most of them being oligohaline except Hondo and Cabanes which are mesohaline. There is a strong significant correlation between conductivity and salinity of these shallow lakes, but the relationship between salinity and alkalinity is only significant in the oligohaline lakes. On the other hand, the seasonal evolution of the total phosphorus was different characterizing two groups of lakes, one group in which the TP decreases in autumn, and another group where the TP increases, these differences may be attributed to the greater importance of groundwater feeding in the second group of lakes. We found noticeable differences on the seasonal evolution of DIN between oligohaline and mesohaline lakes; so the ratio DIN:SRP from summer to autumn tends to increase in the brackish lakes and to decrease in the oligohaline ones. Due to shallowness of these lakes, one of most frequent indicators, such as the depth of Secchi disk was irrelevant, but could be substituted by light measures at different depths. The measures of water color were also irrelevant in such lakes because this variable is not related with trophic state. The periodic quantification of the number of species of aquatic plants or their diversity was a good indicator of the improvement or impoverishment in water quality; the lakes that were subject to eutrophication and deterioration in water quality from one year to another, lost more species of macrophytes. The quality indicators proposed by the WFD, such as chlorophyll a, TP, TN, macrophytes cover, were adequate to assess the ecological status of these shallow lakes, but the study of other complementary variables such as the chlorophyll of epiphyton (because this variable increases as the level of nutrients), total suspended solids and light extinction measured photometrically, can also help to characterize the trophic status of these shallow lakes. These variables must also be analyzed with respect to reference conditions within the suitable range of values in a particular geographic region or latitude. The proliferation of indices of the ecological assessment and water quality is still very extensive. In this work, we have applied the most frequent indices all of them classified well the lakes with extreme trophic states or ecological quality, but when they were applied to lakes with intermediate trophic states, the categorization resulting from the indices was not coincident. The chosen lake for conducting experiments from SWALE project was one of the shallow elongated ponds in the Samaruc Reserve in Xeresa. Manipulative experiments in mesocosms showed that weekly additions of N and P equal and greater than (5:0,5) mg/l of N and P, produced very high phytoplankton biomass, as chlorophyll a, (near 1000 μg/l), this fact produced a turbid phase and decay and elimination of macrophytes in the third or fourth weekly addition. However, the additions of N:P of (3:0,3) mg/l, were not harmful to submerged macrophytes but these P and N concentrations favored macrophytes and their epiphytes. Nutrient addition of P and N in oligo-mesotrophic systems increases DIN:SRP and DIN:TP ratios, but as the system becomes hypertrophic these ratios decreased and N tends to be limiting. The critical values for N or P limitation given in the literature of the indices DIN/SRP and DIN/TP were not suitable for the studied systems, we conclude that these values cannot be applicable to Mediterranean shallow lakes. The relationship of the ratios NH4 +/NOx, DIN/SRP and DIN/TP with nutrient additions showed, the preference of ammonium over nitrate as N source by the algae. The CHL a /TP index in hypertrophic mesocosms decreased with increasing TP, so that the study of this index may be of interest as an indication of the relationship between living organic matter and detritus. There is a clear correspondence between P added and chlorophyll a, but is a relationship of diminishing returns, this relationship reaches saturation when the additions are 0,5 mg/l of P. The ratio ZOO/CHL a, resulted also a very good indicator of eutrophication, this ratio distinctly diminished with increasing TP. The nutrient additions favored both the individual weight reached by Gambusia holbrooki and its reproduction, but these variables were also constrained by the population density of fish in the mesocosm. Fishes through its breathing act as regulators of equilibrium of carbonates-bicarbonates in the water, influencing the pH, CO2 and Ca++ in solution. This regulation buffered the effects of fertilization on these variables in the high–nutrient mesocosms with fish, however, the fish produced opposite effects on these variables in the control and low nutrient enclosures. Fish biomass favored SRP and NH4 + concentrations in solution. At higher fish biomass, the respiration of fishes produced a decrease in pH, and lower probability of precipitation of Ca3(PO4)2, this led to a higher orthophosphate concentration in the water of the mesocosms with fish and highest nutrient additions. A greater fish biomass also increased excretion of dissolved phosphorus and ammonium. In the first experiment, additions of high concentrations of nutrients favored the biomass of phytoplankton and zooplankton, especially of copepods (bottom-up effect), but macrophytes and their associated invertebrates were seriously injured. Fishes (mostly males) preferentially predated on the crustaceans, but once zooplankton was nearly consumed, they begin to ingest phytoplankton and detritus. In the second experiment, with a macrophyte cover in the mesocosms and lower nutrient additions, plankton (phytoplankton and zooplankton) and macrophytes with their associated organisms were both favored. Fish predation over zooplankton was highest than in the previous year, this fact favored phytoplankton biomass and a top-down effect was produced. However although the fish participated in the interactions in the food web, they were not decisive in ecologic state of the mesocosms, so we can conclude that the top-down effect was unimportant. In Mediterranean shallow lakes, the effect of nutrients on the trophic status of the system is highest than the effect of fish. The performing of two diel cycles confirmed that the addition of nutrients increases the amplitude of fluctuations of dissolved oxygen. In mesocosms with macrophytes the oxygen values between the surface and bottom and between the hours of day are homogenized by the effect of the plants. Daily changes in pH are parallel to the changes in oxygen. The pH is minimun at dawn, and then undergoes a gradual increase during the day until sun set. The pH decreases again at sunset in control and low nutrient enclosures but a little earlier just before dusk in the highest nutrient enclosures. It also confirmed the existence of a vertical migration to the surface at night of copepods and cladocerans, but not rotifers. Three months after stopping the addition of external loads of P and N, the turbid state, indicated by TP and chlorophyll concentrations, persisted in the fertilized mesocosms, therefore be concluded that a three month's time without P and N loads is too short to restore the initial conditions. The mechanisms and factors favoring the maintenance of the turbid state could be: (1) the continued release of phosphorus and ammonium from the sediment, (2) the recycling of biomass generated in earlier additions of nutrients resulting in maintenance of a high concentration of nutrients in the water, (4) the persistence of high temperatures and scarcity of rainfall that each year is extending more in time from summer to autumn, with a consequent evaporation rate in the systems, and (5) the lack of macrophyte communities to favor the onset of a clear water phase.

[es] Este trabajo se centra en su mayor parte en el estudio de los efectos más directos de la eutrofización en los lagos someros mediterráneos y en el funcionamiento ecológico de este tipo de lagos cuando son sometidos a un incremento en la carga de nutrientes y a la presencia de peces. El trabajo también aborda el estudio de las metodologías más apropiadas para la evaluación de estos lagos mediante la aplicación de la Directiva Marco Europea del Agua (DMA). Este trabajo tiene dos secciones principales, siendo cada una parte de dos proyectos europeos que incluían lagos someros de distintas localidades europeas:(1) El proyecto SWALE que pretendía establecer las diferencias en el funcionamiento ecológico de los lagos someros sometidos a un experimento de eutrofización controlada en un gradiente latitudinal (6 lagos europeos). (2) El proyecto ECOFRAME cuyo objetivo era testar, en un total de 66 lagos de Europa, los parámetros indicadores que podrían ser utilizados para el control de la calidad de las aguas por la Directiva Marco del Agua (DMA). El trabajo de campo de cada proyecto se repitió dos veces, en 2 años consecutivos, de manera que los dos proyectos juntos tuvieron una duración de 4 años consecutivos. La metodología utilizada ha sido no solo observacional, sino que además se han realizado experimentos en mesocosmos "in situ" en los cuales se adicionaron distintas cantidades de nutrientes inorgánicos de P y N, además de diferentes densidades de un pez planctívoro Gambusia holbrooki. Estos mesocosmos sometidos a manipulación se contrastaron con mesocosmos control o no manipulados y con muestras del propio lago fuera de los mesocosmos. Los lagos elegidos para el estudio de la aplicabilidad de la DMA, fueron: la Laguna del Pozo de Prat de Cabanes-Torreblanca, la Albufera de Valencia, el Ullal del Baldoví, la Laguna de Cap de Terme, la Laguna Rini de Xeresa en la Reserva del Samaruc y la Charca Sur-Oeste del Hondo de Elche. Estos lagos someros tienen un origen y características similares y consisten en áreas de marjal a lo largo de la línea de costa mediterránea de la Península ibérica, área sometida a fuertes impactos antrópicos. El criterio de elección de estos lagos fue el gradiente trófico que presentaban. Los estudios limnológicos llevados a cabo en estos lagos, muestran que las diferencias observadas en el estado ecológico de las lagunas estudiadas son debidas a cambios en el estado trófico y en la hidrología, al parecer producidos por actividades antrópicas. Los cambios en la hidrología alteran la composición iónica de algunas de las lagunas estudiadas. Además del gradiente trófico, estas lagunas pueden clasificarse también según su salinidad, siendo la mayoría de ellas oligohalinas, excepto el Hondo y Cabanes que son mesohalinas. Se observa además una correlación muy significativa entre conductividad y salinidad en los valores medidos en estas lagunas, pero solo hay una relación significativa entre salinidad y alcalinidad en las lagunas oligohalinas. Por otro lado, la evolución estacional entre verano y otoño del fósforo total diferencia entre dos grupos de lagos, aquellos en los cuales el PT disminuye en otoño, y por otro, aquellos donde el PT aumenta; estas diferencias se pueden explicar por la mayor importancia de las aguas subterráneas en la alimentación de este segundo grupo de lagos. Las diferencias estacionales del DIN también diferencian las lagunas mesohalinas de las oligohalinas. Es por esto que la relación DIN:PRS tiende a aumentar de verano a otoño en los lagos más salobres, por el contrario, en los lagos considerados como oligohalinos, de verano a otoño, este cociente disminuye. Las medidas de la profundidad de visión del disco de Secchi (debido a que se trata de lagos muy someros) y el color del agua (por ser una variable no relacionada con el nivel trófico), en general resultaron irrelevantes en la aplicación de la DMA en este tipo de lagos. La diversidad o cuantificación periódica del número de especies de plantas acuáticas si resultó un buen indicador de la mejora o el empobrecimiento en la calidad de las aguas ya que las lagunas que mostraron un incremento en la eutrofia o deterioro en la calidad de sus aguas, fueron las que de un año a otro, perdieron mayor número de especies de macrófitos. Los indicadores demandados por la DMA, clorofila a, PT, NT y macrófitos, resultaron adecuados para evaluar el estado ecológico de estos lagos someros, pero el estudio de otras variables complementarias como son la clorofila del epifiton (porque su valor aumenta cuando aumenta el nivel de nutrientes), y las medidas de los sólidos en suspensión y de la extinción de la luz, pueden ayudar también en la caracterización del estado trófico de estos lagos someros. Estas variables además deben analizarse respecto de unas condiciones de referencia dentro del rango de valores que se da en una determinada región geográfica o latitud. La proliferación de índices de evaluación del estado ecológico y la calidad de las aguas está siendo muy extensa. En este trabajo, se han aplicado varios de estos índices y los resultados son más coincidentes entre índices en lagos con estados tróficos o de calidad ecológica más extremos que cuando los aplicamos a lagos con estados tróficos intermedios, en este último caso, los resultados son contradictorios. Por otro lado, el lago elegido para la realización de los experimentos del proyecto SWALE, fue una de las lagunas con abundante vegetación hidrófila, en forma de canal de situada en la Reserva del Samaruc en Xeresa. Los experimentos de tipo manipulativo en mesocosmos, mostraron que las adiciones semanales de N y P iguales y superiores a (5:0,5) mg/l de N y P, produjeron biomasas de fitoplancton medidas como clorofila a, muy elevadas (cercanas a 1000 μg/l) que condujeron a una fase turbia y el decaimiento y eliminación de los macrófitos a la tercera o cuarta adición semanal, en cambio, las adiciones de N:P de (3:0,3) mg/l, no resultaron perjudiciales para los macrófitos sumergidos, sino que, estas concentraciones de P y N favorecieron a los macrófitos y a sus epifitos. Los resultados mostraron que la adición de nutrientes de P y N en un sistema oligo-mesotrófico aumenta los índices DIN:PRS y DIN:PT, pero cuando el sistema ya alcanza la situación de hipereutrofia, los índices bajan, y el N tiende a ser más limitante. Los valores críticos para la limitación de N o P de los índices DIN/PRS y DIN/PT existentes en la literatura no resultaron adecuados para los sistemas estudiados, por lo que concluimos que estos valores, no son aplicables a los lagos someros mediterráneos. Las correlaciones de los índices NH4 +/NOx , DIN/PRS y DIN/PT con las adiciones de nutrientes, mostraron, la preferencia del amonio sobre el nitrato como fuente de N para las algas. El índice CHL a/PT en los mesocosmos hipereutróficos disminuyó con el incremento de PT, por lo que el estudio de este índice puede tener interés como indicación de la relación entre materia orgánica viva y la detrítica. Hay una correspondencia clara entre P añadido y clorofila a obtenida, ya que cuanto mayor es el P añadido, mayor es la concentración de clorofila pero es una relación de rendimientos decrecientes, llegándose a la saturación cuando las adiciones son de 0,5 mg/l de P. El cociente ZOO/CHL a también resultó muy buen indicador del nivel trófico del lago, este cociente es menor cuanto mayor es el P añadido. La adición de nutrientes favoreció tanto el peso individual alcanzado por Gambusia holbrooki como la reproducción, pero estas variables vienen también condicionadas por la densidad de población de dicha especie de pez en los mesocosmos. Los peces a través de su respiración actúan como reguladores de los equilibrios de los carbonatos-bicarbonatos en el agua, influyendo en el pH, el CO2 y el Ca++ en solución. Esta regulación consistió fundamentalmente en amortiguar los efectos de la fertilización sobre estas variables en los mesocosmos correspondientes a los niveles altos de nutrientes, mientras que en los mesocosmos control y en los de nutrientes bajos, los peces produjeron efectos contrarios en estas variables a los producidos en los niveles de nutrientes altos. La biomasa de peces favoreció las concentraciones de PRS y NH4 + en solución. A mayor biomasa de peces, mayor respiración y mayor disminución del pH, menor precipitación de Ca3(PO4)2 y mayor concentración de ortofosfato en el agua de los mesocosmos correspondientes a los nutrientes altos, y también a mayor biomasa de peces, mayor excreción de compuestos disueltos de fósforo y de amonio. En el primer experimento, las adiciones de concentraciones elevadas de nutrientes favorecieron a las biomasas de fitoplancton y de zooplancton, de forma preferente a los copépodos (efecto bottom-up), pero los macrófitos resultaron gravemente perjudicados y con ellos, sus organismos asociados. Los peces (en su mayoría machos) no solo depredaron a los crustáceos, sino que una vez ya desaparecidas estas poblaciones, ingirieron también algas del fitoplancton y detritus. En el segundo experimento, con macrófitos presentes y con adiciones de menores concentraciones de nutrientes, resultó favorecido el plancton (fitoplancton y zooplancton) pero también los macrófitos y sus organismos asociados. La depredación de los peces sobre el zooplancton fue mayor que en el año anterior, con lo que el fitoplancton fue finalmente favorecido por la biomasa de peces y sí se produjo efecto top-down. Por otra parte, las densidades de peces añadidas, aunque participaron en las interacciones entre los distintos componentes de la red trófica, no resultaron determinantes en la calidad del agua o nivel trófico de los mesocosmos, por lo que se puede concluir que el efecto top-down fue poco importante. En lagos someros mediterráneos, el efecto de los nutrientes sobre el estado trófico del sistema es más grande que el efecto de los peces. La realización de dos ciclos diarios confirmó que la adición de nutrientes incrementa la amplitud de las fluctuaciones de oxígeno disuelto, pero cuando hay dominancia de macrófitos se homogenizan los valores de esta variable, tanto entre la superficie y el fondo como entre las horas del día. Los cambios diarios de pH van parejos a los cambios en los porcentajes de saturación del oxígeno, el pH es mínimo al amanecer, seguido de un aumento paulatino durante el día hasta el principio de la noche, en que empieza a disminuir en el caso de los controles y en los mesocosmos de nutrientes bajos y en el caso de los nutrientes altos, la disminución se inicia antes del atardecer. Se confirmótambién la existencia de una migración vertical hacia la superficie por la noche de los copépodos y cladóceros, pero no de los rotíferos. Tres meses después de dejar de añadir cargas externas de P y N, se observó que el efecto de la fertilización aún persistía en los mesocosmos que fueron fertilizados, por lo que se puede concluir que tres meses sin cargas de P y N son poco tiempo para recuperar las condiciones iniciales. Los mecanismos y factores que propician el mantenimiento en el estado turbio después de un tiempo sin adiciones podrían ser: (1) la continuación en la liberación de fósforo y amonio desde el sedimento; (2) el reciclaje de la biomasa generada con las anteriores adiciones de nutrientes da lugar a un mantenimiento de una concentración alta de nutrientes en el agua; (3) el mayor periodo de retención del agua en los mesocosmos, por ser sistemas cerrados; (4) la persistencia de las altas temperaturas y la escasez de precipitaciones que cada año se está extendiendo más en el tiempo de verano a otoño, con una consecuente tasa de evaporación en los sistemas, y (5) la ausencia de comunidades de macrófitos que favorezca el comienzo de una fase clara.