Limnology in El Dorado: some surprising aspects of the regulation of phytoplankton productive capacity in a high-altitude Andean lake (Laguna de Guatavita, Colombia)

ABSTRACT

High-altitude mountain lakes remain understudied, mostly because of their relative inaccessibility. Laguna de Guatavita, a small, equatorial, high-altitude crater lake in the Eastern Range of the Colombian Andes, was once of high cultural importance to pre-Columban inhabitants, the original location of the legendary El Dorado. We investigated the factors regulating the primary production in Laguna de Guatavita (4°58’50” N - 73°46’43” W, alt. 2 935m.a.s.l., area 0.11km², maximum depth 30m), during a series of three intensive field campaigns, which were conducted over a year-long period in 2003-2004. In each, standard profiles of temperature, oxygen concentration and light intensity were determined on each of 16-18 consecutive days. Samples were collected and analysed for chlorophyll and for biologically-significant solutes in GF/F-filtered water (NH4+, NO3- , NO2-; soluble reactive phosphorus). Primary production was also determined, by oxygen generation, on each day of the campaign. Our results showed that the productive potential of the lake was typically modest (campaign averages of 45-90mg C/m².h) but that many of the regulating factors were not those anticipated intuitively. The lake is demonstrably meromictic, reminiscent of karstic dolines in higher latitudes, its stratification being maintained by solute- concentration gradients. Light penetration is poor, attributable to the turbidity owing to fine calcite and other particulates in suspension. Net primary production in the mixolimnion of Laguna de Guavita is sensitive to day-to-day variations in solar irradiance at the surface. However, deficiencies in nutrient availability, especially nitrogen, also constrain the capacity of the lake to support a phytoplankton. We deduced that Laguna de Guatavita is something of a limnological enigma, atypical of the common anticipation of a “mountain lake”. While doubtlessly not unique, comparable descriptions of similar sites elsewhere are sufficiently rare to justify the presentation of the data from Laguna de Guatavita that our studies have revealed so far.

RESUMEN

Los factores que regulan la producción primaria en un lago remoto, pequeño, ecuatorial y de elevada altitud en la región Oriental de los Andes Colombianos (4°58’50” N - 73°46’43” W, altura 2 935m.s.n.m., área 0.11km² y profundidad máxima 30m), que también tuvo importancia cultural para los indígenas precolombinos y los orígenes de la leyenda de El Dorado, fueron investigados. La relativa lejanía del lugar requirió una serie de tres campañas intensivas de estudio, en un periodo de un año (2003-2004). Durante cada campaña se realizaron perfiles temperatura, concentración de oxígeno e intensidad de luz. Se recolectaron muestras para medir la concentración de clorofila y de solutos de significado biológico en agua filtrada GF/F. Cada día de la campaña se llevaron a cabo mediciones de la producción primaria, como se indica por la producción de oxígeno. Estas demostraron que el potencial productivo es particularmente modesto (promedio de campañas de 45-90mgC/m².h, pero casi todos los aspectos de su regulación fueron sorprendentes y contrarios al sentido común. El lago es meromíctico, reminiscencia de dolinas kársticas de latitudes más altas y la estratificación se mantiene por los solutos. La penetración de luz es pobre, atribuible a la alta turbidez debida a la calcita fina y a otras partículas en suspensión. La producción primaria neta del mixolimnion de la Laguna de Guatavita es sensible a las variaciones del día a día de la radiación superficial. Deficiencias en la disponibilidad de nutrientes, sobre todo, del nitrógeno, también limitaron la capacidad productiva del fitoplancton. La laguna de Guatavita es una especie de enigma limnológico aunque sin duda, no es el único, las descripciones de sitios similares en otras partes son lo suficientemente raras para justificar la presentación de los datos revelados hasta hoy en nuestro estudio.