Embed Size (px)
Citation preview
MEDICIÓN DE LA CALIDAD
BIÓTICA DE LAS AGUAS
Hernán Aristizábal G
Calidad de las aguas
La calidad del agua es un concepto difícil de definir,
imposibles de medir en términos absolutos, y como un
concepto abstracto, es muy subjetivo.
Por el contrario es un concepto relativo que depende
del destino final del recurso.
Calidad biótica de las aguas
la calidad biótica de las aguas no es la calidad
fisicoquímica. Aguas de una gran pureza, muy pobres
en nutrientes, pueden presentar una excelente calidad
fisicoquímica, pero, al no disponer de recursos
alimentarios para los organismos, no se espera que
sea un agua de excelente calidad biótica. Unas
aguas de mala calidad biótica no necesariamente
están contaminadas.
Bioindicación
En general, todo organismo es indicador de las
condiciones del medio en que se desarrolla, ya que
de cualquier forma su existencia en un espacio y
momentos determinados responden a su capacidad
de adaptarse a los distintos factores ambientales.
En términos más estrictos, un indicador biológico
acuático se ha considerado como aquel cuya
presencia y abundancia señalan algún proceso o
estado del sistema en el cual habita.
Bioindicación
Los indicadores biológicos se han asociado
directamente con la calidad del agua más que con
procesos ecológicos o con su distribución
geográfica.
Es pertinente aclarar que más que a un organismo,
el indicador biológico se refiere a la población de
individuos de la especie indicadora, y en el mejor
de los casos al conjunto de especies que conforman
una comunidad indicadora.
Bioindicación
Los ecosistemas acuáticos mantienen una gran diversidad de organismos, por lo que los impactos como la contaminación inducen a cambios en la estructura de las comunidades, la función biológica de los sistemas acuáticos y al propio organismo, afectando su ciclo de vida, crecimiento y su condición reproductiva (Arce et al., 2006). Por este motivo, algunos organismos pueden proporcionar mejor información de cambios físicos y químicos en el agua, ya que a lo largo del tiempo revelan modificaciones en la composición de la comunidad.
Bioindicación
Una perturbación natural o accidental puede
ocasionar un trastorno de las redes tróficas, de
manera que se producen cambio en las biocenosis o
aún desaparición completa de las especies,
simplificando así la biodiversidad, ya que dicho
cambio produce una selección en contra de los
organismos estenóicos y a favor de los eurióicos, los
cuales proliferarán.
Atributos deseables en bioinidcadores
Que Sean fácilmente identificados, incertidumbres taxonómicas pueden confundir la interpretación de los datos.
Que puedan ser fácilmente muestreados, sin necesidad de varios operarios o equipos costosos, y cuantitativamente;
Que tengan distribución cosmopolita, la ausencia de especies con requerimientos ecológicos muy estrechos y distribución limitada puede no estar asociado a la contaminación.
Deben estar asociados a abundantes datos auto ecológicos, esto es de considerable ayuda en el análisis de resultados de estudios y legados de polución o índices bióticos.
Atributos deseables en bioinidcadores
Deben fácilmente acumular contaminates, especialmente para reflejar niveles ambientales puesto que esto facilita la comprensión de su distribución en relación al nivel de contaminantes.
Deben ser fácilmente cultivables en laboratorio, lo cual también ayuda en estudios experimentales relacionados de sus respuestas a contaminantes en laboratorio y observaciones de campo
Deben tener baja variabilidad, tanto genética como en su rol (nicho) en la comunidad biológica (Hellawell, 1986).
Tipos de organismos bioindicadores
Bacterias
Protozoos
Algas
Macrofitas
Macroinvertebrados
Peces
Ventajas y desventajas de los
organismos bioindicadores
Organismo Ventaja Desventaja
Bacterias
Metodología rutinaria bien desarrollada. Respuesta rápida a cambios, incluyendo contaminación Indicadores de contaminación fecal, fácil muestreo.
Células no originadas en el sitio de muestreo. Poblaciones recuperadas rápidamente de una contaminación intermitente. Se requiere equipo especializado.
ProtozoariosValores sapróbicos bien conocidos, Rápida respuesta a cambios. Fácil muestreo.
Requiere buena habilidad y conocimiento para identificar taxones. Células no originadas en el sitio de muestreo.
Algas
Tolerancia ala contaminación bien conocida. Indicadores usados para la eutrofización e incremento de la turbiedad.
Dificultades cuantitativas de muestreo. Algunas especies transportadas por el agua en movimiento. Algunas especies tiene dificultades para su identificación.
Ventajas y desventajas de los
organismos bioindicadores
Organismo Ventaja Desventaja
Macrofitas
Usualmente especies fijas al sustrato, fáciles de ver e identificar. Buenas indicadoras de material suspendido y enriquecimiento de nutrientes.
Respuesta a la contaminación no bien documentada.
Macroinvertebrados
Baja movilidad. Ciclos de vida usualmente cortos. Algunos grupos son muy sensibles a la contaminación. Alta heterogenidad sistemática.
Muchas dificultades en la identificación en buena parte de los grupos, especialmente en el Neotrópico.
PecesMétodos bien desarrollados, fácil identificación.
Las especies pueden migrar para evitar la contaminación.
Índices utilizados
Índice sapróbico
Índices de diversidad
Índices bióticos (Graham, Trent y otros) basados en
factores de tolerancia.
BMWP (Índices de contaminación)
Índices de contaminación (Ramírez y Viña) sólo para
características fisicoquímicas.
Índice sapróbico
Este sistema fue propuesto por Kolkwitz y Marsson en
1909, constituyéndose en el primer intento para
establecer un índice biológico que refleje los distintos
estados de deterioro y progresiva recuperación de
las comunidades de organismos como respuesta al
efecto del enriquecimiento orgánico de las aguas
producido por un vertido de esta naturaleza.
Índice sapróbico
El índice sapróbico esta basado en la presencia de
especies indicadoras que reciben un valor sapróbico
dependiente de su tolerancia frente a la polución;
estos valores varían de 0 a 8 o sea de menor a
mayor tolerancia. Conforme a este sistema la calidad
del agua se distingue en 10 niveles basados en
parámetros relacionados a la contaminación orgánica
como el DBO, OD y H2S.
Índice sapróbico, desventajas
1. La taxonomía de algunos microorganismos es poco conocida.
2. Los limites de tolerancia a la contaminación son muy subjetivos.
3. Las listas de las especies no son aplicables a otras regiones geográficas.
4. No es aplicable a otro tipo de contaminación.
5. El sistema no da información sobre la estructura de las comunidades.
(Verbotes, 1996).
Índices de diversidad (ventajas)
1. Son estrictamente cuantitativos, adimensionales y se
prestan para análisis estadísticos.
2. La mayoría son relativamente independientes del
tamaño de la muestra.
3. A diferencia del índice sapróbico, no se asume la
relativa tolerancia de especies individuales, las
cuales pueden ser muy subjetivas.
4. Pueden aplicarse a medidas de biomasa las cuales
son menos laboriosas que los conteos individuales.
Índices de diversidad (desventajas)
1. Los valores varían considerablemente dependiendo de la ecuación que se usa para su calculo, del método de toma de muestras, la amplitud de la identificación (la diversidad especifica es mayor a la diversidad genética) y la ubicación y naturaleza del ambiente estudiado.
2. Las escalas no son universalmente aplicables. Por ejemplo no todas las comunidades pristinas tienen alta diversidad, por lo tanto no es posible correlacionar ciertos valores con daños ecológicos.
3. En el calculo del índice de diversidad, las especies individuales se reducen a números anónimos la cual ignora su tolerancia a la polución. Es importante conocer cuales especies están presentes así como cuantos. Los valores del índice de diversidad no pueden decirnos si la comunidad esta compuesta por especies tolerantes o intolerantes.
Índices de diversidad (desventajas)
4. La respuesta de una comunidad al incremento de
la contaminación no necesariamente es lineal, es
mas, existe evidencias de que una contaminación
moderada puede causar un incremento en la
abundancia sin exclusiones de especies.
5. Los índices de diversidad generalmente se han
aplicado a escalas extremas como pristinos vs. río
abajo de un efluente.
Índices bióticos
Suelen tener en cuenta una medida indirecta de la
riqueza de especies combinándola con valores de
bioindicación.
Usualmente fluctúan entre 1 y 10.
No se han desarrollado específicamente para el
Neotrópico.
Método BMWP/col
Este método consiste en asignar un valor de
bioindicación a cada una de las familias taxonómicas
de macroinvertebrados, los cuales para Colombia han
sido previamente establecidos por Roldán-Pérez
(2003). La sumatoria de los valores arroja el valor
del índice BMWP.
Adicionalmente se obtiene el ASPT, como el valor
medio de los puntajes obtenidos por la muestra.
Método BMWP/col Interpertación
Un valor bajo de ASPT, asociado a
un valor bajo de BMWP, indicará
condiciones graves de
contaminación.
Método BMWP/col Interpretación
Clase Calidad BMWP/Col Significado Color
I Buena >100 Aguas muy limpias a limpias
II Aceptable 61-100 Aguas ligeramente contaminadas
III Dudosa 36-60 Aguas moderadamente contaminadas
IV Crítica 16-35 Aguas muy contaminadas
V Muy crítica < 16 Aguas fuertemente contaminadas.
Método BMWP/col (ventajas)
Las familias de macroinvertebrados suelen ser
fáciles de identificar.
Tiene en cuenta indirectamente la diversidad de
familias.
Es un método económico y rápido.
Método BMWP/col (desventajas)
El nivel de resolución de familias puede no ser el
adecuado
La determinación de valores de bioindicación se
realizó sólo con base en una región pequeña de
Antioquia y con pocas muestras.
Habla de contaminación sin precisar cuál es el tipo
de contaminación.
Aguas muy puras pueden tener valores muy bajos y
erróneamente dar contaminaciones muy severas.
Dificultades
Ninguno de los métodos
anteriores por si sólo
puede dar unos
resultados satisfactorios y
ampliamente confiables.
Nuevo método: ICBI
El método de Índice de Calidad Biótica Integral, ICBI,
propuesto por el autor, tiene las siguientes
características:
Involucra diferentes índices de diversidad, riqueza
de especies, equidad y dominancia.
Involucra valores revisados de bioindicación y
asigna valores a 32 familias de macroinvertebrados
acuáticos, no tenidos en cuenta por Roldán-Pérez
Desarrollo
El punto de partida para el desarrollo de estas
metodologías es el análisis de cerca de 500 muestras
de macroinvertebrados y algas a lo largo de varios
años de investigación y obedece a que si bien muchos
autores presentan los diversos índices de diversidad
tratados arriba, ninguno da una clara definición de la
interpretación que debe darse a los resultados de
estos índices.
Desarrollo
Para este análisis se determinaron los
rangos de fluctuación de los índices, con el
fin de tener una primera aproximación a
esta interpretación. Posteriormente se
transformaron los valores para que
fluctuaran entre 1 y 10, con el fin de que
puedan ser involucrados en la ecuación.
Normalización de índices: BMWP - ASTP
El índice BMWP ha fluctuado entre 2 y 161, sin
embargo, el valor máximo es excepcional, se
presenta una sola vez y ha sido eliminado, por lo
tanto, se asume como máximo valor el de 120. Por
lo tanto el valor de BMWP se dividió por 12, para
tener un valor entre 1 y 10.
En índice ASTP se toma tal como ha resultado, ya
que fluctúa entre 1 y 10.
Normalización de índices: Riqueza
La riqueza de especies, que hace referencia al
número de especies presentes en la muestra,
fluctúa entre cero y 35 (excepcionalmente 45).
La riqueza media se obtiene del promedio
entre algas y macroinvertebrados. Se
normalizó dividiendo esta riqueza entre 3,5.
Normalización de índices: Diversidad
La diversidad media resultó de promediar los
índices de Brillouin y Shannon, tanto para los
macroinvertebrados como para las algas del
perifiton. Ambas diversidades se promedian con el
fin de obtener la diversidad media del sitio. Se
observó que ésta fluctúa entre cero y 2,45, con
unos pocos valores más altos. Por tanto, para que
este valor fluctúe entre cero y uno, se dividió entre
0,24.
Normalización de índices: Equidad
La equidad media para cada muestra correspondió
al promedio de equidad de Shannon E, Simpson (1-
S) y uniformidad de McIntosh. La equidad del sitio
corresponde por lo tanto a la media entre la
muestra de macroinvertebrados y perifiton. Como
este índice fluctúa entre cero y uno, se multiplica
por 10 para normalizarlo.
Determinación de índices de
bioindicación
Se han establecido con base en el análisis de más de 500 muestras de macroinvertebrados de todo el país, relacionándolas con los siguientes parámetros:
OD
pH
Nitratos
Sulfatos
Fósforo total
DBO5
DQO
Determinación de índices
Se han construido figuras como las
siguientes:Especies de macroinvertebrados acuáticos analizados.docx
Ponderación de los índices normalizados
Para determinar estos índices se ponderaron los
valores de los índices BMWP, ASTP, riqueza de
especies, diversidad y equidad, dando un peso
porcentual a cada uno de ellos.
Para la escogencia de estos valores ponderales, se
modeló el comportamiento de los índices, resultantes
de dar distintos pesos, y se eligió la alternativa que a
juicio del autor reflejara mejor las condiciones
ecológicas del sitio de muestreo.
Modelación de valores ponderales
Parámetro/Caso 1 2 3 4
BMWP 20 25 30 25
ASTP 15 15 30 25
Riqueza 15 10 10 20
Diversidad 25 20 10 10
Equidad 25 30 20 20
Resultados modelación
El modelo que más parece
ajustarse al comportamiento
analizado en los 50 casos
escogidos al azar es el segundo.
Resultados modelación
Por lo tanto, el valor de BMWP tuvo un peso ponderal
del 25% y el ASTP un 15% para un total de 40%
para el tema de bioindicación. La Riqueza de
especies tuvo un valor ponderal del 10%, toda vez
que el índice BMWP contempla indirectamente la
riqueza de especies para los macroinvertebrados. Por
su parte, la diversidad tiene un peso ponderal del
20% y la equidad, del 30%.
Ecuación final
ICBI=BMWP*0,25+ASTP*0,15+RE*0,10+Div*0,2+Eq*0,3
En donde:
ICBI = Índice de calidad biótica integral.
RE = Riqueza promedio de especies para el sitio.
Div. = Diversidad media del sitio
Eq. = Equidad media del sitio
