Los nutrientes y la base trófica en el agua

Módulo 17
Eutrofización
Introducción
El proceso de eutrofización de las aguas continentales se refiere al crecimiento de fitoplancton y/o plantas
acuáticas potenciado por la combinación de tres factores: alta disponibilidad de luz, alta temperatura del agua
y alta disponibilidad de nutrientes. Las aguas residuales domésticas o agropecuarias pueden estimular el
proceso de eutrofización y son las principales causas del deterioro de la calidad del agua.
Para predecir el proceso de eutrofización se han desarrollado métodos de predicción basados en el balance de masa del fósforo
total soluble .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el botón
EUTROFIZACIÓN, el video “Aspectos químicos“.
Capítulo 4. Ecosistemas leníticos
Contenido
17.1 Eutrofización
17.2 Predicción del proceso de eutrofización
114
17.1 Eutrofización
El proceso de eutrofización de las aguas continentales se refiere al crecimiento de fitoplancton y/o
plantas acuáticas potenciado por la combinación de tres factores: alta disponibilidad de luz (> 100 000
luxes), alta temperatura del agua (> 25 °C) y alta disponibilidad de nutrientes (nitrógeno soluble > 1 mg/l
y ortofosfato > 0,1 mg/l).
Las aguas residuales domésticas o agropecuarias pueden estimular el proceso de eutrofización y
son las principales causas del deterioro de la calidad del agua. Una forma sencilla de aproximarse
al diagnóstico del estado trófico de un cuerpo de agua es a través de la evaluación de los gases
disueltos (Roldán y Ramírez, 2008). En la figura 17.1 se presentan las curvas de distribución vertical
del oxígeno disuelto y el dióxido de carbono en tres sistemas leníticos con diferente estado trófico:
oligotrófico, mesotrófico y eutrófico.
Oligotrófico
Mesotrófico
Eutrófico
CO2
O2
Figura 17.1. Distribución vertical de los gases O2 y CO2 y el estado trófico de tres cuerpos de agua (Roldan y Ramírez, 2008).
Como se ve en la figura, en un sistema oligotrófico las curvas de O2 y CO2 no se cruzan, en uno
mesotrófico se cruzan en el hipolimnion y en uno eutrófico se cruzan en el epilimnion.
17.2 Predicción del proceso de eutrofización
Para predecir el proceso de eutrofización en un cuerpo de agua se han desarrollado métodos de predicción basados esencialmente en el balance de masa para el fósforo total soluble. Se determinan la
carga de entrada de este nutriente y su concentración en el cuerpo de agua (Cepis, 1990).
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Módulo 17. Eutrofización
El Cepis, o Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, ha reunido información y
trabajos relacionados con el proceso de eutrofización en lagos y embalses cálidos tropicales (Cepis,
1990). Este esfuerzo ha tenido como finalidad obtener y calibrar un modelo empírico que permita
predecir y diagnosticar el proceso de eutrofización.
La eutrofización tiene efectos positivos sobre los usos de agua, como por ejemplo una mayor producción de peces y la obtención de agua rica en nutrientes para irrigar los terrenos, pero los efectos
negativos pueden ser varios: aumento en las restricciones de los usos del agua por su deterioro, disminución de áreas de recreación y turismo, impedimento de la navegación, proliferación de especies
de algas o plantas acuáticas menos deseables y efectos sobre la salud (Cepis, 1990).
Para predecir el proceso de eutrofización en un cuerpo de agua lenítico, el Cepis planteó la siguiente
expresión de cálculo:
P = L(p) * Tw¾ /3z,
donde P es el fósforo total (mg/l), L(p) es el aporte de fósforo total (en g/m2 año), z es la profundidad
promedio (m) y Tw (años) es el tiempo de retención hidráulico.
La carga de fósforo se calcula como sigue:
Carga de P (kg/día): P = Q * Cp ,
donde Cp es la concentración promedio (mg/l) de fósforo total y Q es caudal.
El fósforo puede determinarse como fósforo total o fósforo total soluble. En algunos trabajos se emplea para los cálculos la concentración de ortofosfatos, dado que esta especie de fósforo es la que
se asimila directamente por los organismos fotoautótrofos como algas y plantas acuáticas.
Lo más común es que en los cuerpos de agua neotropicales se presenten limitaciones por fósforo;
sin embargo, hay cuerpos de agua limitados por nitrógeno, por lo cual es importante para el estudio
del proceso de eutrofización analizar las posibles limitaciones por nutrientes. En el módulo 7 se
incluye este tema relacionado con las proporciones de los nutrientes, especialmente el nitrógeno y el
fósforo y sus demandas en el agua.
Una regla de decisión en cuanto a la disponibilidad de nutrientes y las posibles limitaciones fue propuesta por Vollenweider (1968). La relación nitrógeno/fósforo permite establecer el nutriente limitante
para la producción primaria que potencia el proceso de eutrofización, así:
Si NT/PT > 9, el factor limitante es el fósforo,
Si NT/PT < 9, el factor limitante es el nitrógeno,
donde NT es nitrógeno total y PT es fósforo total.
En una investigación realizada en el embalse El Peñol-Guatapé por Aguirre (1994) se encontró que
en aguas abiertas es oligotrófico, pero a la entrada las aguas fueron eutróficas (Aguirre et al., 2002).
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Módulo 18
Producción acuática y biomasa
Introducción
La productividad biológica es un proceso en el que se genera biomasa en un intervalo de tiempo determinado.
La productividad biológica se mide en calorías o kilocalorías por unidad de volumen y unidad de tiempo. Así,
la productividad incluye las dimensiones de espacio y tiempo.
La producción primaria se refiere al
cambio en la biomasa de los productores primarios en el tiempo .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia,
en el botón PRODUCTIVIDAD, las biografías de
August Thienemann y Einar Nauman.
Capítulo 4. Ecosistemas leníticos
Contenido
18.1 Productividad biológica en el agua
18.2 Tipos de productividad
118
18.1 Productividad biológica en el agua
La productividad biológica es un proceso en el que se genera biomasa en un intervalo de tiempo determinado según el área en un ecosistema terrestre, o según el volumen en un ecosistema acuático
(Aguirre y González, 2011). Los humedales, los estuarios y las selvas lluviosas tropicales son los
ecosistemas más productivos, mientras que los desiertos y el océano abierto tienen las más bajas
tasas de productividad (Odum, 2000).
La productividad biológica se mide en calorías o kilocalorías (1 kcal = 4186 julios). Además, la productividad incluye las dimensiones de espacio y tiempo. Por ello, la unidad usada suele ser caloría/
unidad de superficie/unidad de tiempo (Odum, 2000).
18.2 Tipos de productividad
Según Odum (2000), existen diferentes formas de estimar la productividad biológica de un ecosistema. Algunos de los parámetros que se emplean son:
▪▪ P
roductividad primaria bruta (PPB), o fotosíntesis total: es la cantidad de energía fijada por
una comunidad algal/vegetal en un volumen/superficie y tiempo determinados.
▪▪ P
roductividad primaria neta (PPN): es la diferencia entre la productividad primaria bruta
(PPB) y el gasto energético en respiración que realizan los componentes autótrofos del ecosistema (algas y plantas) destinado al mantenimiento de sus procesos vitales y al crecimiento
(RA).
O sea: PPN = PPB - RA.
La producción primaria se refiere al cambio en la biomasa de los productores primarios en el tiempo.
La alta tasa de producción primaria es un sistema con alta oferta trófica. El proceso que representa
la producción primaria es la fotosíntesis:
CO2 + H2O
luz
C6H12O6 + O2
fotosíntesis
Por medio de la fotosíntesis hay producción de energía. Este proceso es esencial en los ecosistemas
acuáticos.
Según Ramírez (1991a), la producción primaria y la respiración pueden determinarse como sigue (en
miligramos por metro cúbico y por hora):
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Módulo 18. Producción acuática y biomasa
Producción primaria bruta:
=
0, 312 * (C3 - C2)
mg C
* 1000; < 3 F
m h
t * PQ
Producción primaria neta:
0, 312 * (C3 - C1)
mg C
* 1000; < 3 F
=
m h
t * PQ
Respiración:
=
0, 312 * (C1 - C2)
mg O
* 1000; < 3 2 F
t
m h
donde:
C3 = promedio del oxígeno disuelto final en las botellas claras.
C2 = promedio del oxígeno disuelto final en las botellas oscuras.
C1 = promedio del oxígeno disuelto inicial.
t = tiempo de incubación de las botellas en horas.
PQ = 1,2 cociente fotosintético.
La regla de decisión en cuanto al proceso de producción neto en un cuerpo de agua continental
puede ser:
▪▪ Sistema oligoproductivo: bajos niveles de producción (0-75 mg C/m3h).
▪▪ Sistema mesoproductivo: niveles medios de producción (75-250 mg C/m3h).
▪▪ Sistema euproductivo: niveles altos de producción (> 300 mg C/m3h) (Margalef, 1983).
Por su parte, la biomasa algal es una variable puntual e indica la cantidad de organismos productores que hay en un momento dado. Se mide por medio de pigmentos fotosensibles, tales como las
clorofilas a, b, c1 y c2.
Se pueden determinar los pigmentos totales, la clorofila a y los pigmentos degradados o feopigmentos. Talling y Driver (1963) propusieron una ecuación monocromática para el cálculo de la clorofila a
(Ramírez, 1991b).
Cl a =
11, 9 (Abs665 0 - Abs750 0) - (Abs665 ac - Abs750 ac) * v
,
V*Z
donde:
A6650 = absorbancia a 665 nm antes de acidificar el extracto.
A665ac = absorbancia a 665 nm después de acidificar el extracto.
A7500 = absorbancia a 750 nm antes de acidificar el extracto.
A750ac = absorbancia a 750 nm después de acidificar el extracto.
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Capítulo 4. Ecosistemas leníticos
v = volumen del extracto (en ml).
V = volumen filtrado (en l).
Z = ancho de la celda de cuarzo (en cm).
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En ingeniería sanitaria se consideran valores altos de clorofila a aquellos mayores de 10 mg/l cuando
el agua es una posible fuente de agua potable. En sistemas de tratamiento de aguas residuales por
lagunaje, valores de clorofila a altos (> 100 mg/l) son considerados favorables en lagunas facultativas y de pulimiento dado que las algas son deseables en estos sistemas porque remueven sólidos
disueltos, tales como nutrientes (Rolim, 2000).
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