4 medición de la calidad biótica de las aguas

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4 medición de la calidad biótica de las aguas

  1. 1. MEDICIÓN DE LA CALIDAD BIÓTICA DE LAS AGUAS Hernán Aristizábal G
  2. 2. 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.
  3. 3. 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.
  4. 4. 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.
  5. 5. 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.
  6. 6. 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.
  7. 7. 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.
  8. 8. 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.
  9. 9. 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).
  10. 10. Tipos de organismos bioindicadores  Bacterias  Protozoos  Algas  Macrofitas  Macroinvertebrados  Peces
  11. 11. Ventajas y desventajas de los organismos bioindicadores Organismo Ventaja Desventaja Células no originadas en el Metodología rutinaria bien sitio de muestreo. desarrollada. Respuesta rápida a Poblaciones recuperadas Bacterias cambios, incluyendo contaminación rápidamente de una Indicadores de contaminación fecal, contaminación intermitente. fácil muestreo. Se requiere equipo especializado. Requiere buena habilidad y Valores sapróbicos bien conocidos, conocimiento para identificar Protozoarios Rápida respuesta a cambios. Fácil taxones. Células no muestreo. originadas en el sitio de muestreo. Dificultades cuantitativas de Tolerancia ala contaminación bien muestreo. Algunas especies conocida. Indicadores usados para la transportadas por el agua en Algas eutrofización e incremento de la movimiento. Algunas turbiedad. especies tiene dificultades para su identificación.
  12. 12. Ventajas y desventajas de los organismos bioindicadores Organismo Ventaja Desventaja Usualmente especies fijas al sustrato, fáciles de ver e Respuesta a la Macrofitas identificar. Buenas indicadoras de contaminación no bien material suspendido y documentada. enriquecimiento de nutrientes. Baja movilidad. Ciclos de vida Muchas dificultades en usualmente cortos. Algunos la identificación en Macroinvertebr grupos son muy sensibles a la buena parte de los ados contaminación. Alta grupos, especialmente heterogenidad sistemática. en el Neotrópico. Las especies pueden Métodos bien desarrollados, fácil Peces migrar para evitar la identificación. contaminación.
  13. 13. 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.
  14. 14. 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.
  15. 15. 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.
  16. 16. 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).
  17. 17. 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.
  18. 18. 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.
  19. 19. 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.
  20. 20. 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.
  21. 21. 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.
  22. 22. Método BMWP/col Interpertación Un valor bajo de ASPT, asociado a un valor bajo de BMWP, indicará condiciones graves de contaminación.
  23. 23. 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.
  24. 24. 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.
  25. 25. 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.
  26. 26. Dificultades Ninguno de los métodos anteriores por si sólo puede dar unos resultados satisfactorios y ampliamente confiables.
  27. 27. 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
  28. 28. 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.
  29. 29. 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.
  30. 30. 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.
  31. 31. 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.
  32. 32. 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.
  33. 33. 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.
  34. 34. 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
  35. 35. Determinación de índices  Se han construido figuras como las siguientes: Especies de macroinvertebrados acuáticos analizados.docx
  36. 36. 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.
  37. 37. 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
  38. 38. Resultados modelación El modelo que más parece ajustarse al comportamiento analizado en los 50 casos escogidos al azar es el segundo.
  39. 39. 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%.
  40. 40. 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

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