Differential macroalgal physiological performance in a biofilter system: biomass production, ammonium uptake and heavy metals contents

Abstract

As result of the photosynthetic production of macroalgal species and the input of nutrients from the effluents of an experimental aquaculture production site, an increase in algal biomass and indirectly a differential heavy metal uptake are expected. The biofilter system of the Scientific and Technological Marine Park of the University of Las Palmas de Gran Canaria (PCTM-ULPGC) was used as experimental model to assess the biomass production and heavy metal uptake of diverse macroalgal species. Monitoring of algal biomass was done during 12 months, with periodic sampling at three levels inside the biofiter system. In the case of the heavy metals, samples were taken from the same levels of the biofilter system in July. The algal samples were rinsed and concentrations of Cu, Mn, Fe, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd were determined by using an Atomic Absorption Spectrophometer with a graphite tube atomizer (Analytik Jenna ContraAA 700). Three macroalgae species: Ulva rigida (C. Agardh, 1823), Caulerpa racemose Förskall (J. Agardh, 1873) and Colpomenia sinuosa (Mertens ex Roth Derbes & Solier, 1851) were cultured during 1 month in 9 tanks during 4 consecutive culture periods of 1 week. Ammonium (NH4+) uptake rates were calculated during first four hours in the beginning of each week. Levels of the biofiltration system has no effect to heavy metal concentration. Ulva rigida showed faster NH4+ elimination from water, followed by C. racemosa and C. sinuosa. In the case of the nitrogen uptake, 180 gr. biomass of U. rigida was able to remove all NH4+ concentrations as high as 17.64±0.41 µmol/L after 2 hours while 3 hours were needed in the case of C. racemosa. As conclusion, the biomass production was higher in U. rigida as well as it this specie showed better capacity for NH4+ removal from the water than the two species tested in this experiment. Regarding the heavy metals, in general U. rigida also showed higher concentrations when compared with the other two species. C. sinuosa and C. racemosa showed similar heavy metal concentrations at the end of the experiment.

Como resultado de la producción fotosintética de macroalgas y el flujo de nutrientes desde los efluentes de un sitio de producción acuícola experimental, se espera un aumento en la biomasa de algas y, indirectamente, una captación diferencial de metales pesados. El sistema de biofiltro del Parque Marino Científico y Tecnológico de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria fue utilizado como modelo experimental para evaluar la producción de biomasa y la captación de metales pesados de diversas especies de macroalgas. El monitoreo de la biomasa de algas se realizó durante 12 meses, con muestreo periódico en tres niveles dentro del sistema. Para la determinación de la concentración de metales, las muestras de algas fueron enjuagadas y las concentraciones de Cu, Mn, Fe, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd fueron determinadas por una absorción atómica espectrómetro con un atomizador de tubo de grafito (Analytik Jenna ContraAA 700). Se cultivaron tres especies de macroalgas: Ulva rigida (C. Agardh, 1823), Caulerpa racemosa Förskall (J. Agardh, 1873) y Colpomenia sinuosa (Mertens ex Roth) Derbes & Solier, 1851, un mes en 9 tanques durante 4 períodos de cultivo consecutivos de 1 semana. Las tasas de absorción de amonio (NH4+) se calcularon durante las primeras cuatro horas al comienzo de cada semana. Los niveles de muestreo dentro del sistema de biofiltración no mostraron diferencias respecto a la concentración de metales pesados. Por otra parte, U. rigida mostró una eliminación más rápida de NH4+ del agua, seguida de C. racemosa y C. sinuosa. Con respecto a la retención de nitrógeno, 180 gr. de biomasa de U. rigida fue capaz de eliminar todo el NH4+ tan alto como 17.64 ± 0.41 mol / L después de 2 horas mientras que en el caso de C. racemosa fueron necesarias 3 horas para ello. En conclusión, la producción de biomasa fue mayor en U. rigida, así como una mayor capacidad de retención de NH4+ del agua. En cuanto a los metales pesados también U. rigida mostró mayores concentraciones de metales pesados en general, en comparación con Colpomenia sinuosa, mientras que no se encontraron diferfencias con C racemosa para la mayoría de los casos