Cianobacterias en aguas dulces: identificación, cuantificación y

MINISTERIO
Centro de Estudios Hidrográficos
MINISTERIO
DE FOMENTO
DE FOMENTO
MINISTERIO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE,
DE MEDIO
AMBIENTE
MEDIO RURAL Y MARINO
CIANOBACTERIAS EN AGUAS
DULCES: IDENTIFICACIÓN,
CUANTIFICACIÓN Y TOXICIDAD
Caridad de Hoyos
Centro de Estudios
Hidrográficos del CEDEX 1
Centro de Estudios Hidrográficos
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Cianobacterias en embalses. Visión Global del problema
- Cantidad de Cianobacterias. Niveles de riesgos según la OMS
- Distribución geográfica de las cianobacterias
- Relación con la presión/estado trófico/tipología
- Conclusiones
Trabajos del CEDEX sobre cianobacterias para la DGA
- Objetivos
- Embalses estudiados
- Metodología
- Resultados
- Presentación de los resultados. Fichas por embalse
- Listado de especies de cianobacterias.
- Relación entre el grado trófico, cianobacterias y toxinas
- Relación entre toxinas y toxicidad
- Variación interanuales y espaciales
2
- Conclusiones
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Cianobacterias en embalses
Centro de Estudios Hidrográficos
278 embalses
Datos de la base de
datos BD CEMAS de la
DGA (Años 2006-2009)
Mayores problemas en
el oeste de la península
Valores de cianobacterias que da la OMS para
valorar los niveles de riesgo para la salud
producidos por cianobacterias en agua destinada
a la producción de agua de consumo humano y en
aguas de baño según Chorus & Bartram (1999).
Consumo humano Baño
Cianobacterias
(mm3/l)
Nivel de Vigilancia
> 0,02
Nivel de Alerta I
> 0,2
>2
>10
Nivel de Alerta II
Nivel guía I
Nivel guía II
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Niveles de la OMS para valorar los riesgos para la salud producidos por
cianobacterias en agua destinada a la producción de agua de consumo
humano y en aguas de baño (Chorus & Bartram 1999).
Centro de Estudios Hidrográficos
Aguas destinadas a la producción de agua potable
Nivel de Vigilancia (0,02 mm3/l): Si se sobrepasa Þ aumentar la frecuencia
de muestreo.
Nivel de Alerta 1 (0,2 mm3/l): la concentración de microcistinas en el
agua podría exceder el nivel guía de la OMS para microcistinas-LR (1 mg/l)
Þ consulta con las autoridades sanitarias y análisis de toxinas en el agua
de consumo.
Nivel de Alerta 2 (10 mm3/l): con presencia de toxinas confirmada describe
un bloom tóxico Þ incremento significativo de riesgo de efectos adversos
para la salud si el agua no es tratada o es tratada con un sistema ineficaz.
Aguas de baño
ØNivel Guía 1 (2 mm3/l): bajas probabilidades de efectos adversos para la
salud. Irritaciones y alergias. Se pueden esperar de 2 a 4 mg/l de microcistinas
(hasta 10 mg/l ) Þ informar a los bañistas sobre el peligro.
Ø Nivel Guía 2 (10 mm3/l): moderadas probabilidades de efectos adversos
para la salud. Irritación de la piel elevada. Concentraciones de toxinas pueden
ser altas (hasta 20 veces el nivel recomendado por la OMS) Þ En estos casos
la restricción del baño puede ser apropiada.
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Embalses de baño y/o abastecimiento
Centro de Estudios Hidrográficos
93 embalses
(Datos de la base
de datos BD
CEMAS de la DGA.
Años 2006-2009)
Valores de cianobacterias que da la
OMS para valorar los niveles de riesgo
para la salud producidos por
cianobacterias en agua destinada a la
producción de agua de consumo
humano y en aguas de baño según
Chorus & Bartram (1999).
Consumo humano Baño
Cianobacterias
(mm3/l)
Nivel de Vigilancia
> 0,02
Nivel de Alerta I
> 0,2
>2
>10
Nivel de Alerta II
Nivel guía I
Nivel guía II
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Proporción de embalses según los niveles de riesgo
Centro de Estudios Hidrográficos
278 embalses
< 0,02 mm3/l
0,02-0,2 mm3/l
0,2-2 mm3/l
2--10 mm3/l
>10 mm3/l
93 embalses de abastecimiento y/o
baño
< 0,02 mm3/l
0,02-0,2 mm3/l
0,2-2 mm3/l
2--10 mm3/l
>10 mm3/l
Niveles de Riesgos
(OMS)
< 0,02 mm3/l
> Nivel de Vigilancia
> Nivel de Alerta I
> Nivel Guía I
> Nivel Guía II/Alerta II
Porcentaje
33,09
25,90
20,86
10,07
10,07
Niveles de Riesgos
(OMS)
< 0,02 mm3/l
> Nivel de Vigilancia
> Nivel de Alerta I
> Nivel Guía I
> Nivel Guía II/Alerta II
Porcentaje
30,11
25,81
30,11
6,45
7,53
(Datos de la base de datos BD CEMAS de la DGA)
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Centro de Estudios Hidrográficos
Presiones a las que están
sometidos los embalses:
ØPorcentaje de cobertura
natural y semi-natural de la
cuenca
Silíceos
Calcáreos
ØDensidad de población
de la cuenca
(Datos de la base de datos BD
CEMAS de la DGA)
Embalses de más de 15 m de
profundidad media
Silíceos
Calcáreos
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Clorofila y cianobacterias en embalses silíceos y
calcáreos
Biovolumen de cianobacterias
(mm3/l)
Clorofila a (µg/l)
Calcáreos
Silíceos
Centro de Estudios Hidrográficos
Calcáreos
Silíceos
Todos
No impactados
Todos
No impactados
(Datos de la base de datos BD CEMAS de la DGA)
Embalses de más de 15 m de profundidad media
Centro de Estudios Hidrográficos
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Conclusiones
Ya que la mayoría de las masas de agua
dedicadas al baño o abastecimiento están
incluidas en los programas de seguimiento
requeridos por la DMA, se puede utilizar la
información que se está generando en estos
programas (sobre cantidad y variaciones de
cianobacterias) para conocer el riesgo que
presentan para la salud.
Los embalses silíceos (tipos 1-6) son más
propensos a tener problemas relacionados con
las cianobacterias, a igualdad de presiones, que
los calcáreos (tipos 7-12)
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Centro de Estudios Hidrográficos
Trabajos sobre cianobacterias realizados para el
MARM en el CEDEX en Convenios de Colaboración
y Encomiendas de gestión (2000-2011)
Determinación de la toxicidad debida a cianobacterias.
Aplicación al embalse de La Cuerda del Pozo (20012002)
Determinación de la toxicidad debida a cianobacterias y
estudios de eutrofización de embalses (2004-2007)
Identificación molecular de cianobacterias
potencialmente tóxicas, análisis de cianotoxicidad y
bioensayo de toxicidad mediante nuevos métodos
(2007-2011)
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Embalses muestreados
Centro de Estudios Hidrográficos
Número de embalses
muestreados
49 embalses (casi todos
baño o abastecimiento)
Periodo de muestreo:
ØCuerda del Pozo: 2001-2002
(frecuencia mensual)
ØResto de embalses: 2004-2010
(de 1 a 7 muestreos en el
periodo mayo-octubre)
Nº de años muestreados:
ØDe 1 a 6 años
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Embalses muestreados
Seguimiento interanual
Embalse
Confederación
Hidrográfica
6
Vega de Jabalón
Guadiana
5
Cuerda del Pozo
Duero
Arcos
Guadalquivir
Rosarito
Tajo
Cogotas
Duero
El Vicario
Guadiana
Cazalegas
Tajo
nº años
Centro de Estudios Hidrográficos
Confederación
Hidrográfica
Número
embalses
Norte
1
Duero
12
Ebro
1
4
3
Guadalquivir
5
Guadiana
9
Miraflores
Tajo
Júcar
2
Trasona
Cantábrico
Miño-Sil
4
Fuentes Claras
Duero
Segura
5
Santa Teresa
Duero
Tajo
10
Villagonzalo
Duero
TOTAL
49
Bornos
Guadalquivir
Alange
Guadiana
Navalcán
Tajo
Picadas
Tajo
San Juan
Tajo
2
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Protocolo de muestreo
A 100m de
muro de presa
Perfil con sonda
multiparamétrica
Red (40 µm)
Centro de Estudios Hidrográficos
Fitoplancton
superficial
Zooplancton:
Copépodos
Rotíferos
Cladóceros
D. Secchi
1ª fracc
Punto máx. de clorofila
(muestreador Van Dorn)
2ª fracc
Análisis químicos
In situ:
• nitrato
• nitrito
• amonio
• alcalinidad
•Tª
• pH
• Conductiv.
• O2 dis
•Clorofila
Lab:
• P total
Fitoplancton
(lugol )
3ª fracc
Muestra filtrada
(filtro GF/F)
Microscopio invertido:
- identificación especies
- cuantificación : nº
cel/ml y biovolumen
Toxicidad
Toxinas
(dis. y partic)
MIC
Bioensayo con
Caenorhabditis Bioensayo con
Artemia salina
elegans
(UAM)
Bioensayos con
cultivos celulares
(UCM)
Potencial
toxicogénico
con marcadores
moleculares
(UAM)
ELISA
clorofila
ANA, CYN y PSP
(UAM)
HPLC/MS/MS
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Presentación de resultados: Fichas embalses
Datos 2007
Rosarito
Valmayor
26,89
9,39
Hipertrófico
Eutrófico
Mediana Cianobacterias (mm3/l)
27,94
0,08
Max Cianobacterias (mm3/l)
30,33
0,73
Nivel alerta II
Nivel Guía II
Nivel de Vigilancia
Media del biovolumen de
fitoplancton (mm3/l)
Centro de Estudios Hidrográficos
Estado trófico del embalse
Niveles de riesgo para la salud
Toxinas
Taxones de cianobacterias a
destacar (en rojo especies
potencialmente tóxicas)
MC-LR
MC-RR
MC-YR
Anatoxina a
-
Planktothrix agardhii
Limnothrix cf. redekei
Planktolyngbya spp
Anabaena aphanizomenoides
Anabaena flos-aquae
Cylindrospermopsis raciborskii
Raphidiopsis mediterranea
Microcystis aeruginosa
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Listado de cianobacterias
Centro de Estudios Hidrográficos
Nº Taxones
Chroococcales
62
Nostocales
34
Oscillatoriales
45
Total
141
Aphanizomenon ovalisporum
Microcystis aeruginosa
Microcystis wesenbergii
Cylindrospermopsis raciborskii
Aphanizomenon aphanizomenoides
Woronichinia naegeliana
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Relación entre la clorofila, las cianobacterias y las
toxinas
Clo- Clorofila a
Cia- Cianobacterias
Mic- Microcistinas
(Equiv. MC-LR)
Cil- Cilindropermopsina
Ana- Anatoxina a
PSP
232 muestras ordenadas
según la concentración
de clorofila (2004-2010)
Centro de Estudios Hidrográficos
-
+
Clo
Cia
Mic
Cil
Ana
PSP
Clorofila a
> 75 µg/l
25 - 75 µg/l
8 - 25 µg/l
<8 µg/l
Consumo humano Baño
Cianobacterias
(mm3/l)
< 0,02
Nivel de Vigilancia
> 0,02
Nivel de Alerta I
> 0,2
>2
>10
Nivel de Alerta II
Nivel guía I
Nivel guía II
Toxinas
> 1µg/l
0-5-1 µg/l
<0,5 µg/l
No detectada
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Relación entre la clorofila, las cianobacterias y las toxinas
Niveles de riesgos según la
cantidad de cianobacterias
Cantidad de toxinas
Muestras con más de 75 µg/l clorofila
Muestras con más de 75 µg/l de clorofila
> 10 mm3/l
> 2 mm3/l
>0,2 mm3/l
> 1ug/l
>0,02 mm3/l
< 0,5 ug/l
0,5-1 ug/l
<0,02 mm3/l
Centro de Estudios Hidrográficos
Muestras con 25-75 µg/l de clorofila
Muestras con 8-25 µg/l clorofila
Muestras con menos de 8 µg/l de clorofila
Muestras con 25-75 µg/l clorofila
Muestras con 8-25 µg/l clorofila
Muestras con menos de 8 µg/l de clorofila
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Relación entre las cianobacterias y las microcistinas
0,02
0,2
2
10
R2=0,6781
1000,00
Equival. MC-LR (µg/l)
Centro de Estudios Hidrográficos
100,00
10,00
1,00
0,0001
0,001
0,01
0,1
1 µg/l
1
10
100
1000
0,10
0,01
0,00
3
Cianobacterias (mm ·/l)
Existe una buena relación entre la cantidad de cianobacterias y las
microcistinas (fracción particulada)
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Niveles de la OMS para valorar los riesgos para la salud producidos por
cianobacterias en agua destinada a la producción de agua de consumo
humano y en aguas de baño (Chorus & Bartram 1999).
Centro de Estudios Hidrográficos
Aguas destinadas a la producción de agua potable
Nivel de Vigilancia (0,02 mm3/l): Si se sobrepasa Þ aumentar la frecuencia
de muestreo.
Nivel de Alerta 1 (0,2 mm3/l): la concentración de microcistinas en el
agua podría exceder el nivel guía de la OMS para microcistinas-LR (1 mg/l)
Þ consulta con las autoridades sanitarias y análisis de toxinas en el agua
de consumo.
Nivel de Alerta 2 (10 mm3/l): con presencia de toxinas confirmada describe
un bloom tóxico Þ incremento significativo de riesgo de efectos adversos
para la salud si el agua no es tratada o es tratada con un sistema ineficaz.
Aguas de baño
ØNivel Guía 1 (2 mm3/l): bajas probabilidades de efectos adversos para la
salud. Irritaciones y alergias. Se pueden esperar de 2 a 4 mg/l de microcistinas
(hasta 10 mg/l ) Þ informar a los bañistas sobre el peligro.
Ø Nivel Guía 2 (10 mm3/l): moderadas probabilidades de efectos adversos
para la salud. Irritación de la piel elevada. Concentraciones de toxinas pueden
ser altas (hasta 20 veces el nivel recomendado por la OMS) Þ En estos casos
la restricción del baño puede ser apropiada.
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Relación entre las toxinas y la toxicidad
Bioensayos con Artemia salina
Toxicidad VL50 (ml)
Centro de Estudios Hidrográficos
400
300
200
100
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Toxinas (ug/l)
No hay relación significativa entre las toxinas y la toxicidad (bioensayos
con Artemia salina)
El 47 % de muestras con más de 1µg/l de toxinas no presentó toxicidad
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Variaciones interanuales de cianobacterias
Cianobacterias
Embalse de Cazalegas
150
2
100
1
50
0
0
20
08
9/
/0
02
/0
7/
6/
17
/0
20
20
05
19
/0
9/
20
20
30
16
/0
8/
20
0/
20
/1
21
9/
04
/0
22
/0
8/
20
20
8/
25
/0
20
11
7/
/0
29
/0
7/
20
00
/2
13
06
1/
.0
mm
3
08
200
08
4
05
250
04
5
04
300
04
6
04
350
04
7
4
3
mm /l
Centro de Estudios Hidrográficos
Precipitaciones
/2
0
/2
00
6
6/
16 200
/0
9
7/
2
0
02
/0 09
9/
20
09
30
300
25
250
20
200
15
150
10
100
5
50
0
0
mm
Embalse de Vega de Jabalón
02
/0
07
20
/0 08
8/
25 200
8
/0
9/
20
08
7/
10
/0
03
0
/0 07
7/
21 200
/0
7
8/
27 200
7
/0
9/
18 200
/1
7
0/
20
07
6/
2
12
/0
06
8/
26 200
6
/0
9/
20
06
24
/0
/0
7
27
/0
6
27
mm3/l
Centro de Estudios Hidrográficos
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Variaciones interanuales de cianobacterias
Cianobacterias
Precipitaciones (En-Jun)
5
22 /20
/0 04
6
21 /20
/0 04
7
10 /20
/0 04
8
24 /20
/0 04
8
21 /20
/0 04
9
07 /20
/1 04
0/
20
04
07
/0
7
18 /20
/0 05
8
06 /20
/0 05
9
19 /20
/1 05
0/
20
05
13
/0
6
11 /20
/0 06
7
23 /20
/0 06
8
27 /20
/0 06
9/
20
06
14
/0
6
11 /20
/0 07
7
21 /20
/0 07
8
26 /20
/0 07
9/
20
07
/0
19
mm3/l
Centro de Estudios Hidrográficos
Embalse de Arcos
5
4,5
3,5
3
2
1,5
0,5
0
200
2,5
150
100
1
50
0
mm
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Variaciones interanuales de cianobacterias
Cianobacterias
Precipitaciones (En-Jun)
350
300
4
250
Centro de Estudios Hidrográficos
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Variaciones espaciales y temporales de
cianobacterias. Posibilidades de la teledetección
Se han desarrollado algoritmos que relacionan las concentraciones
de los pigmentos obtenidas a partir de los muestreos (realizados de
forma simultánea a la obtención de la imagen) con la reflectancia
medida por distintas regiones espectrales (bandas) del sensor
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Sensor: MERIS del satélite Envisat-1 (300 m de resolución espacial)
Centro de Estudios Hidrográficos
[Cla](mg/m3)
[PC](mg/m3)
04/08/2008
17/08/2008
27/08/2008
0 - 10
20 - 30
40 - 50
60 - 70
80 - 90
100 - 200
300 - 400
500 - 600
700 - 800
900 - 1.000
10 - 20
30 - 40
50 - 60
70 - 80
90 - 100
200 - 300
400 - 500
600 - 700
800 - 900
> 1.000
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Sensor: CHRIS del satélite Proba (17 m de resolución espacial)
22/09/04
Centro de Estudios Hidrográficos
27/08/04
Clorofila a
0
20
60
100
140
180
220
>250 mg m-3
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Conclusiones
Centro de Estudios Hidrográficos
ØLas cantidades de cianobacterias aconsejadas por la OMS
para los diferentes niveles de riesgo están de acuerdo con
nuestros resultados y podrían ser una herramienta muy útil en
la gestión de embalses dedicados a baño o abastecimiento.
ØLas microcistinas son unas cianotoxinas muy extendidas en
los embalses. Su concentración aumenta con la cantidad de
cianobacterias y la eutrofización. El resto de las toxinas
analizadas son menos frecuentes y sólo se han encontrado en
embalses del sur-este de España.
ØLos ensayos de toxicidad con Artemia salina no están
siempre relacionados con las concentraciones de toxinas
presentes. Habría que continuar investigando otros métodos
ØHay grandes variaciones interanuales en la cantidad de
cianobacterias. La teledetección supone una herramienta
interesante para evaluar la distribución espacial de las
cianobacterias y su evolución en el tiempo.
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Organismos y personas implicadas en estos trabajos
PROYECTOS SOBRE CIANOBACTERIAS
Área de Medio Ambiente Hídrico del CEH del CEDEX:
Centro de Estudios Hidrográficos
Director del proyecto: Juan Avilés García
Personas que han trabajado:
Ana María Alonso García, Javier Burguillo Algara, Almudena
Domínguez Cabrerizo, Juan Antonio Domínguez Gómez,
Francisco García Mengibar, Maria Elena González Ramos,
Caridad de Hoyos Alonso, Delia Martín del Pozo, Carlos Nuño
Sánchez, María Verdugo Althöfer, Laura Villén de la Fuente
Otros organismos:
Universidad Autónoma de Madrid
Universidad Complutense de Madrid
Universidad de Salamanca
MINISTERIO
DE FOMENTO
MINISTERIO
DE MEDIO AMBIENTE
Organismos y personas implicadas en estos trabajos
Centro de Estudios Hidrográficos
PROYECTO SOBRE EL ESTADO ECOLÓGICO DE LAS
AGUAS SUPERFICIALES. INTERCALIBRACIÓN
Área de Medio Ambiente Hídrico del CEH del CEDEX:
Personas que han trabajado:
Caridad de Hoyos Alonso, Guillermo Martínez López, José
Pahíssa López