Anthropogenic eutrophication of Lake Titicaca (Bolivia) revealed by carbon and nitrogen stable isotopes fingerprinting

Résumé graphique du traçage de l'eutrophisation anthropique du lac Titicaca par les isotopes stables du carbone et de l'azote — Les signatures isotopiques du carbone et de l’azote permettent de suivre l’influence des apports anthropiques et leur atténuation le long de la baie du lac Titicaca.

Points clés

Ce que montre l’étude

Les isotopes stables du carbone (δ¹³C) et de l’azote (δ¹⁵N) ont été étudiés dans quatre compartiments du lac afin de suivre un gradient d’eutrophisation anthropique.

Les rejets urbains, industriels et agricoles modifient les signatures isotopiques de référence observées dans les producteurs primaires et la matière particulaire du lac.

Le δ¹⁵N constitue un indicateur particulièrement utile de la contamination anthropique, son évolution étant observable indépendamment du type de plante aquatique.

Le modèle de mélange isotopique met en évidence une diminution progressive de la contribution anthropique et une atténuation de l’eutrophisation à environ 6 à 8 km de la source de rejets.

Résumé

Suivre l’eutrophisation par les signatures isotopiques du carbone et de l’azote

L’eutrophisation anthropique constitue l’une des principales causes de dégradation de la qualité des eaux. Son suivi repose généralement sur des mesures ponctuelles de nutriments ou de paramètres physico-chimiques, qui peuvent être longues à acquérir et ne reflètent pas toujours l’intégration des apports dans l’écosystème au cours du temps.

Cette étude évalue l’utilisation des compositions isotopiques du carbone (δ¹³C) et de l’azote (δ¹⁵N) pour suivre l’intensité de l’eutrophisation dans une baie du lac Titicaca affectée par des rejets anthropiques urbains, industriels et agricoles.

Les signatures isotopiques ont été mesurées dans plusieurs compartiments de l’écosystème — macrophytes, périphyton, matière particulaire en suspension et sédiments de surface — le long d’un gradient allant de la zone directement affectée par les eaux usées vers des secteurs moins impactés.

Les valeurs de δ¹³C augmentent tandis que celles de δ¹⁵N diminuent avec la distance à la source de rejets dans les macrophytes et la matière particulaire. Un modèle binaire fondé sur des pôles isotopiques anthropique et naturel permet alors d’estimer la contribution des apports anthropiques à la matière organique incorporée par les plantes.

Résultat principal

Les isotopes stables du carbone et de l’azote permettent de quantifier spatialement l’influence des apports anthropiques dans le lac. La contribution des rejets diminue progressivement avec la distance à leur source et le signal d’eutrophisation devient fortement atténué à environ 6 à 8 km, démontrant le potentiel d’une approche isotopique intégrative pour suivre l’état trophique d’un écosystème aquatique.

Résultats de terrain

Un gradient isotopique cohérent avec l’éloignement de la source de rejets

Les signatures mesurées dans les différents compartiments de l’écosystème montrent une évolution cohérente le long du gradient d’eutrophisation et permettent de distinguer l’influence anthropique du fonctionnement naturel du lac.

Compartiments étudiés 4 Macrophytes, périphyton, matière particulaire en suspension et sédiments de surface.

Atténuation du signal 6–8 km Distance à laquelle l’influence de l’eutrophisation anthropique devient fortement atténuée dans la baie.

Saison humide ↑ Contribution anthropique plus importante, associée à des rejets accrus et au lessivage des zones agricoles.

Traceur anthropique δ¹⁵N Signature particulièrement efficace pour suivre la contamination anthropique indépendamment du type de plante.

Preuves de terrain

Les signatures isotopiques distinguent les zones eutrophisées des secteurs moins impactés

Les distributions conjointes de δ¹³C et δ¹⁵N permettent de comparer directement les différents compartiments du lac. Les sites proches de l’arrivée des eaux usées présentent des signatures distinctes de celles mesurées à plus grande distance, particulièrement dans les macrophytes et la matière en suspension.

Distribution des signatures isotopiques delta 13C et delta 15N dans les macrophytes, le périphyton, les sédiments et la matière particulaire du lac Titicaca — **Gradient isotopique dans la baie** Les signatures δ¹³C et δ¹⁵N des macrophytes, du périphyton, des sédiments et de la matière particulaire en suspension évoluent avec la distance à l’arrivée des eaux usées, révélant le gradient d’influence anthropique.

Signification environnementale

Pourquoi cela compte pour le suivi de la qualité des écosystèmes aquatiques

Les concentrations en nutriments peuvent varier rapidement dans le temps et fournir une image ponctuelle de la qualité de l’eau. Les signatures isotopiques enregistrées dans les organismes, la matière particulaire et les sédiments intègrent au contraire l’influence des sources sur des échelles de temps plus longues. Cette approche permet donc de compléter les suivis conventionnels en identifiant l’origine des apports, en évaluant leur incorporation dans l’écosystème et en suivant spatialement leur atténuation. L’étude du lac Titicaca montre ainsi que les isotopes stables de C et N peuvent constituer des outils simples et intégrateurs pour diagnostiquer et cartographier l’eutrophisation d’écosystèmes aquatiques soumis à des pressions anthropiques.

Publication

Référence scientifique

Citation

Heredia, C., Guédron, S., Point, D., Perrot, V., Campillo, S., Verin, C., Espinoza, M.E., Fernandez, P., Duwig, C., Achá, D. (2022). Anthropogenic eutrophication of Lake Titicaca (Bolivia) revealed by carbon and nitrogen stable isotopes fingerprinting. Science of The Total Environment, 845, 157286.

DOI : 10.1016/j.scitotenv.2022.157286

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