caracterización de la deposición atmosférica de contaminantes en

CARACTERIZACIÓN DE LA DEPOSICIÓN ATMOSFÉRICA DE
CONTAMINANTES EN LOS ECOSISTEMAS FORESTALES DE NA V ARRA
lM. SANT AMARÍA* y A. MARTÍN
* DEPARTAMENTO DE QUÍMICA Y EDAFOLOGÍA. UNIVERSIDAD DE NA VARRA. IRUNLARREA
S/N, 31080 PAMPLONA (NAVARRA).
RESUMEN
Durante 6 periodos mensuales, entre los años 1992 y 1993, se recogieron muestras de
deposición total a lo largo de 17 puntos de muestreo distribuidos aleatoriamente por la
geografía navarra. En cada muestra de determinó el pH, la conductividad y la concentración
de los iones Cl-, N03-, S04=, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu, ed, Pb, Zn, Fe y Mn.
En la zona septentrional de Navarra se detectaron situaciones episódicas de lluvia ácida
probablemente relacionadas con los contaminantes emitidos desde fuentes próximas (País
Vasco). Así mismo, en la zona pirenaica de Larra se registraron lluvias de pH ácido de
forma permanente, hecho que sugiere la existencia de un transporte de contaminantes a
larga distancia.
Respecto a la composición química de las muestras, cabe destacar las elevadas
concentraciones de Pb y N03- registradas, que se encuentran por encima de los valores
encontrados en otras regiones seriamente contaminadas, 10 cual podría convertirse en un
problema a corto plazo para los ecosistemas forestales.
P.e. Lluvia ácida, contaminación atmosférica, declive forestal, metales pesados.
SUMMARY
Inputs of atmospheric pollutants were monitored in 17 sampling stands distributed
throughout Navarra during 6 monthly periods between the years 1992 and 1993. Bulk
deposition samples were analyzed for pH, conductivity, Cl-, N03-, S04=, Na+, K+, Ca2+,
Mg2+, Cu, Cd, Pb, Zn, Fe and Mn.
In thc northcrn area of Navarra it could be observed episodic acid rain events probably
related to the pollutants emitted from neighbouring sources (The Spanish Basque Country).
Likewise, in the pirinean area of Larra, rain samples showed acid pH values during all
sampling periods, fact that seems to be linked to a long range transport of pollutants.
Concerning the chemical composition of rain samples, it must be pointed out the high
concentrations of Pb and N03- registered, that are above the values reported in other
countries heavily polluted, what could be a great problem in a short period of time to the
forest ecosystems.
K.W. Acid rain, air pollution, forest decline, heavy metals.
INTRODUCCION
Los contaminantes, liberados desde diferentes fuentes antropogénicas, son transportados
a larga distancia por los procesos atmosféricos y depositados en áreas muy alejadas incluso
de los focos de emisión (SAXENA y YEH, 1988), hecho que se ha considerado como uno
de los principales factores inductores del declive forestal (KLEIN Y PERKINS, 1988;
SCHLAEPFER, 1993).
581
No obstante, aunque las concentraciones de algunos contaminantes se han incrementado
significativamente en las últimas décadas (TAYLOR et al., 1994), existe en la actualidad
una mayor prudencia a la hora de atribuir los daños forestales a la contaminación
atmosférica (KANDLER, 1993; SKELL y e INNES, 1994).
Dado el importante patrimonio forestal exitente en Navarra, con un 33% de superficie
arbolada sobre el total de su extensión, los principales objetivos de este trabajo consisten en
caracterizar, cualitativa y cuantitativamente, el aporte de contaminantes atmosféricos a los
ecosistremas forestales con objeto de localizar, si es posible, la fuentes de emisión de los
mismos y determinar qué áreas pueden resultar dañadas.
MATERIAL YMETODOS
Para llevar a cabo el presente trabajo se han seleccionado 17 puntos forestales (Fig. 1)
pertenecientes a la Red Nacional de daños en bosques/CEE, dentro del "Programa
Cooperativo Internacional sobre Evaluación y Monitorización de los efectos de la
Contaminación Atmosférica en los Bosques". En zonas abiertas próximas a cada punto de
muestreo se recogieron muestras de agua de lluvia mediante el empleo de colectores
(Munden 100) de deposición total, permaneciendo expuestos durante 6 periodos, de
aproximadamente un mes, entre los años 1992 y 1993. Transcurrido este tiempo, en cada
muestra se determinó el¡,R, la conductividad y la concentración de los iones Cl-, N03-,
S04= (IC), Na+, K+, Ca +, Mg2+, Cu, Cd, Pb, Zn, Fe y Mn (ICP).
RESULTADOS
La composición química del agua de lluvia muestra una estrecha relación con las
condiciones meteorológicas desarrolladas durante los periodos de muestreo. A este
respecto, las lluvias con mayor concentración de iones corresponden a aquellos muestreos
que han estado precedidos de periodos de sequía (Muestreo 11), lo cual ha propiciado una
mayor acumulación de especies químicas en la atmósfera. En consecuencia, las lluvias
recogidas durante dichos periodos han presentado los mayores valores de conductividad
(Tabla 1).
Junto a las condiciones climatológicas, los periodos de actividad de las distintas fuentes
contaminantes también influyen, de manera notable, en la composición química del agua de
lluvia. Esto explica que en los meses de invierno (Muestreos 11 y VI), caracterizados por el
incremento de la actividad industrial, se hayan obtenido las lluvias con menores valores de
pR.
Puesto que el pH de la lluvia sin contaminar es, aproximadamente, 5.6, puede afirmarse
que en Navarra se han producido situaciones episódicas de lluvia ácida. Si se observa la
distribución geográfica de las parcelas de estudio (Fig. 2), los mayores valores de acidez
corresponden a las parcelas situadas en la zona más septentrional de Navarra. Entre ellas,
cabe destacar el carácter marcadamente ácido de las lluvias recogidas en Larra, con un
rango de pH comprendido entre 3,86 y 4,76. Teniendo en cuenta que dicha parcela ha
recibido, junto con Abaurrea Alta, los mayores aportes de metales pesados (Fig. 2), parece
lógico pensar en la existencia de un transporte transfronterizo de contaminantes, a larga
distancia, cuyas fuentes de emisión se localizan, posiblemente, en el Sur de Francia
(SANT AMARlA, 1995).
Por otro lado, algunas parcelas tales como Peña, registran valores de pH elevados a lo
largo de todos los muestreos, lo cual implica una presencia de sustancias alcalinas, naturales
582
o contaminantes, responsables de la neutralización parcial de la acidez de las
precipitaciones.
Respecto a la composición química del agua de lluvia (Tabla 2), es necesario resaltar las
elevadas concentraciones de Pb detectadas, que superan claramente la concentración
máxima tolerable en aguas potables (40 /-lg/g). Si se considera que estos valores son
significativamente superiores en las parcelas forestales debido al efecto pantalla ejercido
por la vegetación (BRECHTEL et al., 1986; MESANZA y CASADO, 1994), pueden
plantearse situaciones graves en aquellas fuentes hídricas, aptas para el consumo humano,
que se encuentran próximas a las zonas boscosas.
Con objeto de cuantificar la influencia real de los contaminantes depositados en los
ecosistemas forestales, se han calculado las tasas medias de deposición por periodo de
muestreo (Tabla 3).
El mayor aporte de los iones Fe y Ca durante el Muestreo III (primavera), puede estar
relacionado con el incremento de las prácticas agrícolas, actividades que, en esta época del
año, ponen en suspensión grandes cantidades de partículas que son ricas en tales elementos.
Respecto al Na, su mayor deposición durante el Muestreo 1 (otoño) parece obedecer a la
influencia de los frentes nubosos procedentes del Atlántico que, durante dicho periodo,
barrieron la provincia de Norte a Sur. Esta hipótesis se ve reforzada por la alta correlación
(P 2 0.01, r = 0.92) encontrada entre los iones Na y Cl- en el citado muestreo. Por último, las
elevadas tasas de deposición de Pb registradas durante el verano (Muestreo IV), son
consecuencia del aumento en el consumo de gasolinas, coincidiendo con el periodo
vacacional.
A la vista de los resultados obtenidos, puede decirse que, en general, las tasas de
deposición de contaminantes registradas en Navarra son inferiores a las de otros países con
problemas conocidos de contaminación, salvo en el caso del Pb y del ion N03-. El mayor
aporte de este último ion puede estar relacionado, indirectamente, con los altos niveles de
nitrógeno existentes en Navarra, como consecuencia de la alta actividad ganadera. A este
respecto, sería conveniente confirmar los resultados obtenidos mediante otros estudios, ya
que, en tales condiciones, cabe suponer que los ecosistemas forestales se encuentran
sobresaturados de nitrógeno.
CONCLUSIONES
La detección de episodios de lluvia ácida en la zona septentrional de Navarra puede
suponer un riesgo para los bosques allí ubicados, problema que se incrementa debido a la
naturaleza ácida de los suelos, de reducida capacidad amortiguadora. Así mismo, la
presencia permanente de lluvias ácidas y de mayor contenido en metales pesados en el área
pirenaica, pone de manifiesto la existencia de un transporte de contaminantes a larga
distancia.
Respecto a la composición química del agua de lluvia, es importante resaltar los
elevados niveles de Pb y N03- registrados. En el caso de Pb, las excesivas tasas de
deposición están relacionadas con el elevado consumo de gasolina, alcanzando su valor
máximo durante el periodo vacacional. Respecto al ion N03-, las tasas de deposición
registradas superan en 1.5 veces las encontradas en otras regiones gravemente
contaminadas. En consecuencia, es probable que algunos ecosistemas forestales se
encuentren próximos a la sobresaturación por nitrógeno, lo cual podría inducir, en un breve
periodo de tiempo, la aparición de transtornos nutricionales, la acidificación del suelo y la
removilización de metales pesados.
583
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
BRECHTEL, H.M., BALÁZS, A.; LEHNARDT, F. (1986) Precipitation input of
inorganic chemicals in the open field and in forest stnads. Results of investigations in the
State of Hesse. In: Atnwspheric pollutants in Forest Areas, pp 47-61, Georgii, H. W. (Ed.).
Reidel Publishing Company.
KANDLER, o. (1993) Pollution de l'air et déc1ine des forets: réfutation de la théorie du
Waldsterben. Unasylva, 44 (174), 39-49.
KLEIN, R.M. & PERKINS, T.D. (1988) Primary and secondary causes and
consequences of contemporary forest decline. Botanical Review, 54, 1-43.
MESANZA, J.M. & CASADO, H. (1994) Atmospheric deposition at Pinus radiata sites
in the Spanish Basque country. J. Environ. Sci. Health, A29 (4), 729-744.
SANTAMARIA, J.M. (1995). Evaluación del efecto de la contaminación atmosférica,
en el estadofitosanitario de los bosques de Navarra, mediante el empleo de hioindicadores.
Tesis doctoral (inéd.). Universidad de Navarra.
SAXENA, V.K. & YEH, RJ. (1988) Temporal variability in c10ud water acidity:
physicochemical chracteristics of atmospheric aerosols and windfield. J. Aerosol Sci. 19,
1207-1210.
SCHLAEPFER, R. (1993) Long term implications of c1imate change and air pollution
on forest ecosystems. Progress report of the IUFRO task force "Forest, Climate Change and
Air Pollution". Vienna. IUFRO: Birmensdorf. WSI. IUFRO World Series, Vol. 4: 132 p.
SKELLY, J.M. & INNES, J.L. (1994) Waldsterben in the forests of Central Europe and
Eastern North America: fantasy or reality? Plant Disease, 1021-1031.
TA YLOR, G.E.; JOHNSON, D.W.; ANDERSEN, C.P. (1994) Air pollution and forest
ecosystems; a regional to global perspective. Ecological applications, 4 (4), 662-689.
Parcela
Número
Goizueta
Bertiz-Arana
Erratzu
Jauntsarats
Lanz
Urbasa
Guenduláin
Urdíroz
Abaurrea
Uztárroz
Larra
Ollogoyen
El Perdón
Adoáin
Uzquita
Lumbier
Peña
1
2
3
4
5
6
7
8
s
0
@
@
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Figura 1. Localización geográfica de los puntos de muestreo
584
Area de estudio
•
••
•
•
•
pH
•
••
•
•• •
•
Contaminación
Ligera
Moderada
Severa
Grave
•
<4.5
4.5-5.5
5.5-6.5
> 6.5
•
••
Figura 2. Valores medios de pH y grado de contaminación por metales pesados de cada
parcela de estudio.
Muestreo
N°
Otoño-92
mm
pH
C {~8'cm-l}
Media Máx.
Mín.
Media
Máx.
Mín.
162
4.65
5.55
6.64
9.5
16.1
23.7
Inviemo-92
II
32
3.47
4.43
531
36.7
77.4
1622
Primavera-93
III
191
3.86
5.73
6.62
15.0
22.3
34.1
Verano93
IV
105
4.76
6.50
7.04
25.6
37.9
50.1
Otoño-93
V
62
4.l9
5.33
6.95
15.1
42.9
74.4
Inviemo-93
VI
118
3.77
5.12
5.34
21.2
31.8
60.5
Tabla 1. Valores medios de cantidad de precipitación, pH y conductividad por periodo de
muestreo
~g/l
~g/ml
Muestreo
Ca
K
Mg
Na
cr
1
0.66
0.33
0.19
0.75
II
5.07
0.58
0.53
III
1.32
0.31
IV
2.10
V
VI
N03- 804=
Cu
Cd
Pb
Zn
Fe
Mn
0.85
2.19
1.62
3.75
0.23
29.6
8.98
19.4
5.22
1.22
2.58
10.3
4.79
5.85
0.85
204
36.9
79.0
11.7
0.15
0.26
0.56
3.32
2.91
5.90
0.54
32.3
9.19
55.2
3.59
0.55
0.20
0.48
0.80
7.88
3.47
2.87
2.24
117
18.3
66.9
12.5
1.25
0.69
0.13
0.45
1.69
7.51
2.20
2.67
0.93
53.9
15.8
41.5
6.61
0.91
0.15
0.14
0.80
1.67
4.54
1.89
1.63
0.76
27.2
20.9
11.5
2.90
Tabla 2. Concentración media de elementos por periodo de muestreo
585
Muestreo
Ca
K
Mg
Na
CI-
Kg/ha'año
N03- 804= Cu
I
10.9
7.35
3.92
17.3
19.1
39.5
32.9
0.07
0.01
0.51
0.17
0.40
0.11
II
11.3
2.14
1.39
4.51
11.5
29.8
13.3
0.02
0.01
0.62
0.12
0.24
0.04
III
30.1
7.03
3.68
6.25
13.5
72.3
67.9
0.14
0.01
0.71
0.22
1.38
0.14
IV
15.9
4.97
1.61
3.97
6.86
56.4
28.4
0.03
0.02
0.93
0.15
0.53
0.10
V
9.02
5.52
1.05
3.80
12.7
57.2
17.6
0.02
0.01
0.38
0.12
0.32
0.05
VI
8.02
1.41
1.83
11.2
21.6
49.9
20.7
0.03
0.02
0.39
0.27
0.18
0.03
Media
14.2
4.74
2.25
7.80
14.2
50.9
30.1
0.05
0.01
0.59
0.18
0.51
0.07
Tabla 3. Tasas medias de deposición por periodo de muestreo
586
Cd
Pb
Zn
Fe
Mn