El trabajo se desarroll en el lago de Xochimilco, el objetivo del

EVALUACIÓN DEL COMPONENTE ORGÁNICO COMO UN FACTOR
INDICATIVO DEL ESTADO TRÓFICO DEL LAGO DE XOCHIMILCO
Raúl ARCOS RAMOS, Juan Carlos GONZÁLEZ SÁNCHEZ, Liliana RAMOS
MOGOLLAN y Fernando ROSAS INCLÁN
Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, UNAM, Plutarco Elías Calles esq.
Batalla 5 de Mayo s/n Col. Ejercito de Oriente, Iztapalapa, México, D.F.
email [email protected]
Palabras clave: eutrofización, materia orgánica, lago Xochimilco.
RESUMEN
El trabajo se desarrolló en el lago de Xochimilco, el objetivo del presente
estudio consistió en evaluar el componente orgánico, como un factor
indicativo del estado trófico; para ello se realizaron muestreos mensuales en
cinco puntos de monitoreo representativos de las zonas agrícola, urbana e
industrial, durante el periodo de enero-septiembre del 2004; los parámetros
monitoreados fueron: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5); Demanda
química de oxígeno (DQO); sólidos disueltos, particulados, sedimentables y
totales; Materia orgánica (MO), Carbono Orgánico Total (COT) (sedimentos);
cuantificación de Unidades Formadoras de Colonias (UFC) de bacterias
heterótrofas mediante cultivos en placa; profundidad; transparencia;
temperatura; pH; oxígeno disuelto; bióxido de carbono; conductividad
eléctrica; Con base a los resultados obtenidos, el sistema lacustre de
Xochimilco se consideró como eutrófico-hipereutrófico;dicho estado, es un
indicio de las condiciones inestables y deterioradas que prevalecen en el
lago, las cuales pueden llegar a la pérdida de la biodiversidad y los recursos
acuáticos en un tiempo relativamente corto; el cual se pone de manifiesto con
una profundidad (1.3m), elevados porcentajes de MO y COT (33.51 y
19.44%) respectivamente, aunado a la baja y elevada concentraciones de
oxígeno disuelto y CO2 (33.51 y 19.44 mg L-1 respectivamente en la
profundidad evidenciando una gran actividad en la zona trofolítica; con
respecto a la DQO (244.9-633.8 mg O2 L-1) y la DBO5 (17.5-103.3 O2 L-1)
dieron como resultado una contaminación de tipo orgánico fácilmente
biodegradable corroborado con las elevadas tasas metabólicas bacterianas
con un promedio de 79,2555 y 97,510 UFC para superficie y fondo en la zona
agrícola.
INTRODUCCIÓN
En nuestro país, debido a la escasez de cuerpos de agua epicontinentales
naturales, el problema de abastecimiento hídrico para diversos fines se ha
solucionado mediante la construcción de embalses artificiales.
El Distrito Federal fue considerado hasta principios del siglo XX, uno de los
lugares para vivir mejor; pero el acelerado crecimiento demográfico en las
décadas siguientes, cambió esa realidad. Ninguna ciudad de estas
dimensiones se encuentra sobre la cuenca de un lago a más de 2000 metros
de altitud y sin contar con una corriente fluvial importante; por ello Xochimilco
1
juega un papel muy importante (S.E.P., 1994). Dicha demarcación tiene una
extensión territorial de 134.6 Km2; el 67.3 % es considerada como área de
conservación ecológica, e incluye áreas montañosas y zona de chinampas;
esta área se encuentra amenazada por la mancha urbana.
El lago de Xochimilco era alimentado por 4 manantiales de gran importancia;
sus aguas servían para regar los cultivos y eran morada de aves nativas y
migratorias. Surtía de agua potable a la capital. La sobreexplotación del agua
agotó el caudal de los manantiales, provocó hundimientos en los terrenos y
contaminación en las aguas del lago (INEGI, 2000); el nivel de agua de los
diversos canales ha bajado en forma alarmante, desde noviembre de 1975
hasta la fecha; por ello al final de la década de los ochentas, el gobierno del
Distrito Federal puso en marcha el “Plan de Rescate Ecológico de
Xochimilco”, en el cual tenía como fin, la recuperación en todos sentidos
(flora, fauna, etc.) de la zona lacustre. Por otro lado en la zona chinampera se
han detectado 19 asentamientos irregulares, que representan
aproximadamente a 2,600 familias; esto implica que todos los desechos que
generan son vertidos al lago. Paralelamente en el área turística reciben a casi
30,000 visitantes cada fin de semana, en dicha área se carece de una
infraestructura sanitaria adecuada, por lo cual todo esto provoca una grave
contaminación por materia orgánica, dando como resultado la eutrofización
del lago, la disminución o desaparición de fauna lacustre y creando graves
riesgos de la salud pública (Balanzario, Z. 1982; Arcos et al. 1995).
MATERIALES Y MÉTODOS
El monitoreo al recurso hídrico, nos sirve para establecer una comparación
que permita a los diferentes parámetros involucrados, en el manejo, vigilancia
y control del recurso disponiendo de información relevante para una
adecuada comprensión e interpretación (IDEAM, 2004); por lo cual la
metodología que se llevó a cabo en este proyecto constó de tres fases:
FASE DE CAMPO
La fase de campo consistió en monitorear cinco puntos de muestro
(Apatlaco, Texhuilo, Asunción, Trancatitla y Cuemanco), los cuales se
seleccionan de acuerdo a la actividad que se lleva a cabo en el lugar de
estudio; además se realizaron mediciones de algunos de los parámetros
físicos y químicos in situ (transparencia, profundidad, temperatura,
conductividad, pH, CO2 y oxígeno disuelto); para la toma de muestras de
agua se usó una botella Van Dorn horizontal de dos litros de capacidad; se
tomaron muestras a dos niveles 0.20m (superficie) y fondo de cada estación
(0.20 m de la profundidad total del sitio), y se almacenaron en botellas de
polietileno de un litro, las cuales fueron transportadas en contenedores con
hielo a 4°C, para su posterior determinación en el laboratorio.
FASE DE LABORATORIO
Por lo que respecta al trabajo de laboratorio se evaluaron los siguientes
parámetros: DBO5, DQO, porcentaje de MO y COT en sedimento, sólidos
disueltos (sól. dis.), sólidos particulados (sól. part.), así como sólidos
sedimentables (sól. sed.) y sólidos totales (sól. totales) (Tabla I).
2
Tabla I. Técnicas empleadas en el laboratorio (Standard Methods, 1996;
NOM-021-RECNAT, 2000).
PRUEBAS QUIMICAS
DBO5
DQO
COT y MO
(en sedimento)
Sól. dis.
Sól. part.
Sól. sed.
TÉCNICAS
Prueba de la DBO5 (Standard Methods,1996)
Reflujo
cerrado,
Método
colorimétrico
(Standard Methods, 1996)
Método AS-07 de Walkley y Black (NOM021-RECNAT, 2000)
Sólidos totales disueltos secados a 180 °C
(Standard Methods, 1996)
Método de la filtración secados a 103-105 °C
(Standard Methods, 1996)
Método volumétrico
(Standard Methods, 1996)
Por lo que respecta a los procesos biológicos, se realizaron cultivos para
bacterias degradadoras de materia orgánica; posteriormente se realizó el
conteo de unidades formadoras de colonias (UFC) por cuadrantes, cabe
mencionar que se utilizaron 2 diluciones (0.001 y 0.0001) por triplicado,
tomando inóculos de muestras de superficie y fondo, siguiendo la
metodología correspondiente (Standard Methods, 1996).
FASE DE GABINETE
En esta fase se realizó la búsqueda de información relacionada con la zona
de estudio así como la metodología para determinar los parámetros tanto
físicos, químicos y biológicos a analizar en las muestras en agua.
La segunda fase del trabajo de gabinete, se refirió al manejo de los
resultados mediante análisis exploratorio de datos (Resumen de 5 números,
diagramas de tallo-hoja así como caja y bigotes) según Salgado (1992).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para determinar la normalidad y la homocedasticidad, se aplicaron las
pruebas de Battler y de Levene, respectivamente. Se elaboró un análisis de
varianza (ANDEVA), para determinar si existían diferencias estadísticamente
significativas entre la profundidad, estación y meses de muestreo. En el caso
de los datos no paramétricos, se aplicó una prueba de Kruskall-Wallis.
También se elaboró un análisis de correlación entre los parámetros
analizados. Todas estas pruebas se realizaron empleando los paquetes
estadísticos Intercooled Stata versión 8.0 (Stata, 2003), NCSS versión 2001
Los resultados se agrupan en paramétricos (Tabla II) y no paramétricos
(Tabla III).
Tabla II. Resultados del ANDEVA para los datos paramétricos.
**Diferencias estadísticas significativas.
Estación
Mes
Nivel
Fc=1.40
p=0.2417
Fc=5.87
p= 0.0000 **
Fc= 17.97
p=0.0001**
3
DQO
Sól. dis.
Sól. sed.
Materia
orgánica
Carbono
orgánico
Total
Fc=17.32
p= 0.0000**
Fc= 1.83
p= 0.1428
Fc= 7.81
p= 0.0001**
Fc= 3.01
p= 0.0052 **
Fc= 1.28
p=0.2861
Fc= 4.08
p= 0.0015**
Fc=0.21
p = 0.6467
Fc= -p= -Fc= -p= --
Fc= 7.82
p= 0.0001**
Fc= 4.07
p= 0.0016**
Fc= -p= --
Tabla III. Resultados del análisis de Kruskal-Wallis para los datos no
paramétricos.
**Diferencias estadísticas significativas.
Estación
Mes
Nivel
2
2
2
DBO5
χ c =0.278
χ c =69.005
χ c =3.582
Sól. Totales
Sól. part.
p=0.9912
p=0.0001**
p=0.0584
χ
χ
χ c2 =3.356
2
c =19.150
2
c =35.361
p=0.0007**
p=0.0001**
p=0.0670
χ
χ
χ c2 =6.081
2
c
=10.184
p=0.0374**
2
c
=51.854
p=0.0001**
p=0.0137**
Demanda Bioquímica de Oxígeno
Entre niveles el comportamiento fue homogéneo, no mostrando diferencia
significativa (Kruskal-Wallis χ c2 =3.582, p=0.0584) presentando promedios de
43.27 y 51.85 mg O2 L-1 en superficie y fondo respectivamente; la DBO5
depende de la temperatura, microorganismos y de los elementos nutritivos
presentes (Turk, 2001); uno de los factores que pudo influir en la
homogeneidad de este parámetro a lo largo de la columna de agua es la
poca diferencia del gradiente térmico, que osciló entre 1 y 3 ºC entre niveles.
Con relación a los meses de muestreo, se encontró evidencia estadística
significativa (Kruskal-Wallis χ c2 =69.005, p<0.05), en enero es donde se
encuentra el valor máximo (91.16 mg O2 L-1), en el mes de mayo se presenta
el valor mínimo en todas las estaciones, con un promedio de 22.66 mg O2 L-1,
según la comparación múltiple de Kruskal-Wallis respectiva (valor de z>1.96);
los meses con mayor influencia de material orgánico biodegradable, fueron
febrero, marzo y abril con valores promedio de 51.31, 68.38 y 72.71 mg O2
L-1 respectivamente; concentraciones cercanas al Límite Máximo Permisible
(LMP), perteneciente a primavera, en donde la temperatura es elevada,
aumentando el metabolismo de la actividad biológica. La DBO5 mostró un
comportamiento homogéneo entre las estaciones monitoreadas (KruskalWallis χ c2 =0.278, p=0.9912) no encontrándose evidencia estadística. Las
estaciones presentan una similitud considerable, no obstante es importante
señalar que Texhuilo presentó valores elevados de DBO5 debido tal vez a las
escorrentías agrícolas (Harrison, 1999) o al aporte de nutrimentos debido al
4
uso de estiércol, composta y lodos que son extraídos para mantener la
fertilidad del suelo de cultivo, situación que también influencia a las
estaciones Trancatitla y Apatlaco en menor grado.
Cabe resaltar que los valores de DBO5 en general se encuentran dentro de
los LMP que establece la NOM-001- ECOL-1996.
Demanda Química de Oxígeno
El análisis estadístico de la DQO indicó que la relación entre superficie y
fondo presentó significancia (ANDEVA Fc=17.97, p<0.05), las diferencias
entre niveles fue muy acentuada oscilando entre los 244.9 y 633 mg O2 L-1,
siendo en general las de fondo más elevadas; el comportamiento de esto es
explicable, porque la DQO es un proceso analítico de contaminación que
mide el material orgánico contenido, mediante oxidación química (Standard
Methods, 1996); los resultados en comparación con la DBO5, nos indican que
existe mayor cantidad de compuestos difícilmente biodegradables en el
fondo, efecto que se refleja en las estaciones de la z. agrícola, principalmente
en Texhuilo. Estadísticamente se encontraron diferencia significativa en el
período de muestreo (ANDEVA Fc=5.87, p<0.05), registrándose valores
promedio máximos en mayo y los mínimos en agosto; es importante señalar
que al realizar la comparación múltiple de Bonferreoni por meses respectiva
se encontró que existe diferencia significativa (p<0.05) del mes de mayo
contra todos los meses, excepto en enero y septiembre, meses que también
se caracterizan por tener gran cantidad de material químicamente oxidable.
Con respecto a los puntos de muestreo no existe diferencia significativa,
(ANDEVA Fc=1.40, p=0.2417); sin embargo, las estaciones presentan
diferencias entre ellas propias del tipo de descarga que reciben, es el caso de
Apatlaco, que al ser una zona de transición entre las z. urbana y agrícola
presentan aportes de material orgánico y mineral; en el caso de Cuemanco
se reportaron los valores máximos medidos en superficie y fondo con 600.81
y 633.8 mg O2 L-1 en mayo, estos resultados nos hacen pensar que el
tratamiento del agua que recibe no es eficiente o tal vez no es el adecuado,
ya que no logra remover la materia biodegradable.
Sólidos disueltos
Los sólidos disueltos en los canales de Xochimilco no presentaron diferencia
significativa entre niveles (ANDEVA Fc=0.21, p=0.6467), lo cual indica un
comportamiento homogéneo en la columna de agua, sin embargo se
registraron valores ligeramente superiores en el fondo, el valor máximo fue de
637 mg L-1 en septiembre (Apatlaco) y el mínimo se registró en Cuemanco
(julio) y fue de 373.5 mg L-1 ; cualquier variación de la concentración total de
sustancias disueltas (ionizables) en el agua implica un cambio de la
conductividad, por ello esta concentración es muy usado para obtener un
estimativo rápido del contenido de sólidos disueltos (Romero, 1999); por lo
que los valores de correlación (r=0.8211, p<0.05 y r=0.54, p<0.05) en
superficie y fondo respectivamente confirman tal relación en el lago. Las
sustancias disueltas en su mayoría están constituidas por minerales y en
menor proporción por sustancias orgánicas. En lo que respecta al periodo de
5
muestreo el comportamiento fue heterogéneo (ANDEVA Fc=3.01, p<0.05)
existiendo diferencia significativa, presentado una relación estrecha con el
gradiente térmico mostrando una estacionalidad relacionada con el ciclo
anual; al realizar la comparación múltiple de Bonferroni entre meses se
encontró que septiembre difiere con mayo y junio (concentraciones mínimas).
Los valores de sól dis. entre puntos de monitoreo fueron heterogéneos,
existiendo diferencia significativa (ANDEVA Fc=17.32, p<0.05).
Sólidos particulados (suspendidos)
Se presentó diferencia estadística significativa (Kruskal- Wallis χ c2 =6.081,
p<0.05) entre niveles, registrándose valores promedio de 18.60 y 42.14 mg
L-1 para superficie y fondo respectivamente, el valor máximo fue en
Asunción (175.5 mg L-1) en enero, el valor mínimo fue de 5 mg L-1 en
Texhuilo para el mes de septiembre; cabe destacar que los valores más
elevados se midieron en la profundidad; la acumulación de materiales
biodegradables en estado sólido o en sedimentos (principalmente orgánicos)
se forman en el fondo, de los cuales un 75% de los sólidos suspendidos son
de naturaleza orgánica (Metcalf y Eddy, 1977).
Con relación a los meses de muestreo, se encontró un comportamiento muy
heterogéneo (Kruskal-Wallis χ c2 =51.854, p<0.05) como lo comprueba
también la comparación múltiple (valor z>3.1970; Bonferroni); los sólidos en
suspensión actúan en la disminución de la penetración de luz a través de la
columna de agua además de disminuir el oxígeno disuelto entorpeciendo la
transferencia en la interfase aire-agua (Rodier, 1990), cabe resaltar que en
Xochimilco éstos son mayores durante la época de lluvias (agosto) y menores
en la época de estiaje (principalmente en mayo). Es importante señalar que la
concentración de los sólidos suspendidos totales presentes en el lago se
encuentran dentro del Límite Máximo Permisible (LMP) (75 mg l-1).
Se encontró significancia entre estaciones, corroborado por la comparación
múltiple (z >1.96) en el cual se observó la relación entre Cuemanco y
Asunción así como la diferencia con las demás estaciones.
Sólidos Totales
Los sólidos totales son la suma de los sólidos disueltos y los suspendidos
(Rigola, 1989) incluyendo sales inorgánicas y la materia orgánica (Jiménez,
2002); generalmente causan problemas en elevadas concentraciones
aumentando la turbidez del agua reduciendo la biosíntesis, acumulándose en
los canales y alterando sus caudales, modificando la solubilidad de algunos
gases (Figuerelo y Marino, 2001). Se encontró un comportamiento
homogéneo a lo largo de la columna de agua por nivel (Kruskal-Wallis
χ c2 =3.356, p=0.0670) no encontrándose diferencia estadística entre niveles;
El valor promedio mínimo se presentó en Cuemanco con 404 mg l -1 en julio y
el valor máximo en enero con 713 mg L-1 que pertenece a la estación
Trancatitla. Cabe hacer notar que el comportamiento de los sólidos totales, es
bastante parecido al de los sólidos disueltos, ya que también se encontró un
6
comportamiento heterogéneo, temporalmente (Kruskal-Wallis χ c2 = 35.361,
p<0.05) y espacialmente (Kruskal Wallis χ c2 = 19.150, p<0.05).
Sólidos sedimentables
Estadísticamente tanto en meses como por estaciones no se encontró
diferencia significativa (ANDEVA Fc=1.28, p=0.2861 y ANDEVA Fc=1.83,
p=0.1428) observándose un comportamiento homogéneo, presentando
promedios mínimos y máximos de 1.47 y 4.6 ml L-1 en los meses de enero y
febrero respectivamente, registrándose un promedio en general de 2.40 ml
L-1 que es más del doble de lo que estipula la Norma Oficial como LMP, los
s{olidos sedimentables van fluctuando paulatinamente, presentan una
tendencia a disminuir a partir del segundo muestreo hasta septiembre (1.7
ml L-1).
Materia Orgánica
La materia orgánica procede, en parte de la destrucción paulatina de material
sólido, a lo largo de las cadenas tróficas, pero una parte importante procede
del fitoplancton que ocasiona en niveles profundos, se deposite gran cantidad
de MO y exista gran actividad microbiana. por otra parte el fondo es el
principal escenario de la transformación de la MO en la mayoría de los lagos,
especialmente cuando la profundidad y el volumen es pequeño como es el
caso de Xochimilco. Los porcentajes de MO en sedimentos en las estaciones
de monitoreo mostraron diferencia significativa, (ANDEVA Fc=7.81, p<0.05)
resultados esperados dada las acentuadas diferencias de descargas que
influencian cada zona; al realizar la comparación múltiple (Bonferroni; p<0.05)
se observaron diferencias de Cuemanco y Texhuilo contra Apatlaco y
Asunción éstas diferencias son explicadas por que Cuemanco (35.42%) y
Texhuilo (35.28%) presentan valores muy parecidos y son los más elevados,
contrariamente a Apatlaco (32.13%) y Asunción (31.62%) que presentan los
porcentajes menores que a su vez no distan demasiado con Trancatitla
(33.10%); recordemos que en general un 75% de sólidos particulados y un 40
% de los sólidos disueltos son de naturaleza orgánica, por tal motivo las
estaciones con valores máximos en sólidos particulados encontrados en
Cuemanco y los sólidos disueltos en Texhuilo corresponden con los
porcentajes máximos de MO. El análisis a lo largo del periodo de muestreo
registró estadísticamente diferencia significativa (ANDEVA Fc = 4.08,
p<0.05); los porcentajes de MO mostraron un comportamiento claro
temporalmente con una tendencia a incrementarse en los meses
correspondientes a primavera-verano (37.9% en julio para Texhuilo valor
máximo) y disminuir en otoño, siendo invierno en donde se observan los
valores menores para todos los puntos monitoreados, oscilando entre 29.533.85% de MO.
Carbono Orgánico Total
El COT es una fracción del total de los porcentajes de MO presente, por tal
motivo el comportamiento tanto espacial como temporal presenta una
similitud considerable; la fracción de material orgánico en el sedimento
depende de la rapidez de descomposición, función y principalmente de la
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disponibilidad de oxígeno (Margalef, 1983), por tal motivo la variación
temporal del COT está en parte ligada a la cantidad de O2 disuelto.
El origen bioquímico del carbono orgánico disuelto presente es en gran parte
fotosintético, por tal motivo los meses correspondientes a primavera-verano
muestran mayores porcentajes de COT que los meses pertenecientes a
invierno y otoño en donde los valores son menguantes (Figuerelo y Marino,
2001) otro aspecto que influye es la profundidad que cuando es baja, se
acumula gran cantidad del material producido en primavera y verano el que
se recicla por la actividad bacteriana con el consecuente reingreso de
nutrimentos. Temporalmente existió diferencia significativa (ANDEVA Fc=
4.07, p<0.05), la fluctuación entre meses sólo fue de 2.62% de COT, con
valores mínimos en enero-febrero y máximos en julio-agosto, teniendo un
promedio en general de 19.44% de COT; también los porcentajes de COT
al igual que los de MO presentaron diferencia significativa entre puntos
de monitoreo (ANDEVA Fc=7.82, p <0.05) con un valor promedio máximo
de 20.55% de COT en Texhuilo y un valor mínimo promedio de 18.34 % para
Asunción; los aportes de material orgánicos se ven influenciados por las
actividades y problemáticas ya citadas anteriormente en el análisis de MO.
Bacterias Heterótrofas
Resulta importante señalar que las dos concentraciones utilizadas (0.001 y
0.0001) solamente se reportan los resultados de la más diluída debido a que
al realizar el recuento de UFC de la dilución 0.001 resultaron demasiado
numerosos para el recuento (DNR).
Estadísticamente no se encontró diferencias significativas entre niveles
(Kruskal-Wallis χ c2 = 2.413, p>0.05) se registró una mayor cantidad de UFC’s
en la profundidad (97510 UFC mL-1) que en la superficie (79255 UFC mL-1)
debido en parte a que el metabolismo heterótrofo.
En la columna de agua el número de bacterias heterótrofas muestran
grandes fluctuaciones de una área a otra y de un tiempo a otro, por tal motivo
el hecho de que hallamos encontrado diferencia estadística significativa entre
puntos de muestreo (Kruskal-Wallis χ c2 = 20.426, p<0.05) y temporalmente
(Kruskal-Wallis χ c2 = 62.501, p<0.05) resulta razonable; los valores mayores
de bacterias se encontraron en los mese de julio (132,981 y 157,172 UFC
ml-1) y los mínimos en época de invierno principalmente en enero (19,020 y
34,641 UFC ml-1) en superficie y fondo respectivamente, lo cual parece
razonable, ya que la temperatura desempeña un factor muy trascendental en
el crecimiento de microorganismos.
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