Calidad del agua

Capítulo 7
Contaminación acuática: bioindicación
Contenido
Módulo 27
Bioindicadores de eutrofización
Módulo 28
Bioindicacores de saprobiedad
Módulo 29
Densidad de organismos y riqueza de
especies
Módulo 30
Índices de calidad del agua
El silencio
Pienso en palabras: me oigo. Te oigo, sutil conciencia.
Tras los cristales, las gotas de lluvias resbalan, vibran.
La Tierra cruje. El viento susurra. El rayo truena.
La ciudad arrastra humos que retumban.
Los cuerpos llegan con ritmos cadentes.
El universo me priva del silencio.
Elvia María González Agudelo
Presentación
Los índices de calidad del agua son herramientas que ofrece la hidrobiología sanitaria para el diagnóstico y
evaluación de la calidad del agua de reoambientes y limnoambientes. La contaminación del agua dulce es un
problema que aqueja al mundo y se requiere prevenir, evaluar y mitigar los contaminantes para conservar y
usar adecuadamente los recursos hidrobiológicos.
En este capítulo se estudian los principales criterios técnicos para el análisis de la eutrofización de cuerpos
de agua leníticos. También se presentan los principales protocolos indicadores del grado de saprobiedad en
un reoambiente, como son el índice de saprobios y la actividad enzimática extracelular. Igualmente, se analizan dos índices muy potentes en los estudios sanitarios del agua, como son la densidad de organismos y la
riqueza de morfotipos. Por último, se presentan los índices de diversidad y BMWP como herramientas para la
evaluación de la calidad del agua empleando diferentes dominios hidrobiológicos.
Objetivos
1. Investigar sobre los principales índices hidrobiológicos para el análisis de la calidad del agua.
2. Calcular los principales índices hidrobiológicos empleados en el estudio de limnoambientes y reoambientes.
3. Relacionar la hidrobiota con el contenido de sustancias disueltas y particuladas en el agua.
Preguntas básicas
1. ¿Cómo se relacionan los organismos acuáticos con las características fisicoquímicas del agua?
2. ¿Cómo se interpretan los índices de eutrofización y saprobiedad en el agua?
3. ¿Cómo se relacionan los índices de diversidad biológica con la calidad del agua?
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el
botón CONTAMINACIÓN, el video “Contaminación“.
Módulo 27
Bioindicadores de eutrofización
Introducción
El proceso de eutrofización en ambientes leníticos se refiere al crecimiento masivo de algas y/o plantas
acuáticas como una respuesta al aporte de nutrientes al agua. Existen diversas formas de evaluar el estado
de eutrofización. En este módulo se presentan las referencias técnicas relacionadas con el diagnóstico de la
eutrofización, especialmente en aguas continentales leníticas.
En el neotrópico, principalmente el fósforo es el nutriente que regula el crecimiento de
la biomasa dada su baja disponibilidad .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el botón
EUTROFIZACIÓN, la animación “Eutrofización“.
Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
Contenido
27.1 Bioindicadores de eutrofización
178
27.1 Bioindicadores de eutrofización
Como se estudió en el módulo 17, el proceso de eutrofización en ambientes leníticos se refiere al
crecimiento masivo de algas y/o plantas acuáticas como una respuesta al aporte de nutrientes al
agua. Existen diversas formas de evaluar el estado de eutrofización. A continuación se presentan
las referencias técnicas relacionadas con el diagnóstico de la eutrofización, especialmente en aguas
continentales leníticas. Con respecto al contenido de nitrógeno, Vollenweider (1968, en Esteves,
1988) propuso una tipología de clasificación de lagos europeos según las tres especies químicas del
nitrógeno (tabla 27.1).
Tabla 27.1. Clasificación de los lagos europeos de acuerdo al contenido de nitrógeno en sus tres formas.
Tipo de lago
Oligotrófico
Amonio (mg/l)
Nitratos (mg/l)
Nitritos mg/l
0,0-0,3
0,0-1,0
0,0-0,5
Mesotrófico
0,3-2,0
1,0-5,0
0,5-5,0
Eutrófico
2,0-15,0
5,0-50,0
5,0-15,0
En el neotrópico, normalmente el fósforo es el nutriente que regula el crecimiento de la biomasa dada
su baja disponibilidad (tabla 27.2) (Vollenweider, 1968, en Esteves, 1988) .
Tabla 27.2. Concentración de fósforo total con relación al estado trófico de los lagos (Vollenweider, 1968, en Esteves, 1988).
Estado trófico
Ultraoligotrófico
Menor de 5
Oligomesotrófico
5-10
Mesotrófico
10-30
Eupolitrófico
Fósforo total mg/l
Politrófico
Fuente: Roldán (1992).
30-100
Mayor de 100
La clasificación de cuerpos de agua superficiales puede analizarse en cuanto al contenido de fósforo. Según Vollenweider y Kerekes (1982, en Klee, 1991), el contenido de fósforo en el agua puede
indicar el estado trófico, como se muestra en la tabla 27.3.
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Módulo 27. Bioindicadores de eutrofización
Tabla 27.3. Concentración en mg P (PO -4 3 )/l como ortofosfato en aguas superficiales leníticas(Vollenweider y Kerekes, 1982, en Klee, 1991).
Rango
Promedio
Oligotrófico
0,005-0,013
0,008
Mesotrófico
0,014-0,049
0,027
Eutrófico
0,038-0,189
0,084
179
Para la clasificación de un cuerpo de agua según sea este oligotrófico o eutrófico, se acude a la
relación de un conjunto de variables que reflejen el proceso eutrófico, como se resume en la tabla
27.4 (Lampert y Sommer, 1993).
Tabla 27.4. Características de lagos oligotróficos y eutróficos (Lampert y Sommer, 1993).
Oligotrófico
Morfometría
Profundo*
Relación del volumen epi/hipolim- < 1*
nion
Eutrófico
Somero*
> 1*
Producción primaria
Baja (50-300 mg Cm-2 d-1)
Alta (1000 mg Cm-2 d-1)
Biomasa algal
Baja (0,02-0,1 mg C/l)
0,3-3 µg clorofila a/l
Alta (> 0,3 mg C/l)
10-500 µg clorofila a/l
Nutrientes
Bajo Ptot después de la circulación Alto Ptot después de la circulación
total (< 10 µg/l)
total (> 30 µg/l)
Desarrollo de algas verdeazules
Faltantes
Blooms
O2 (cero en el hipolimnion)
Bajo (< 50%)
Fuerte, hasta cero
Ortógrado
Clinógrado
Perfil de O2
(* = posibles excepciones)
Lectura sugerida:
Aguirre, N., J. Palacio y J. J. Ramírez (2002), “Aplicación de algunos modelos de calidad de agua en
dos estaciones de muestreo en el embalse El Peñol-Guatapé (Colombia), Medellín, Revista de
la Facultad de Ingeniería 26: 18-29.
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Módulo 28
Bioindicadores de saprobiedad
Introducción
El concepto de saprobiedad se refiere al contenido de materia orgánica en un reoambiente. Existe una relación entre el contenido de materia orgánica y la presencia y abundancia de los organismos en los ríos. La
saprobiedad puede estudiarse a través del índice de saprobiedad, que se puede aplicar esencialmente a los
microorganismos si se tiene un conocimiento de las especies y de las abundancias de cada dominio hidrobiológico.
El resultado del cálculo del índice de
saprobiedad (S) debe oscilar entre 1 y 4 .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el
botón SAPROBIEDAD, la animación “Saprobiedad“.
Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
Contenido
28.1 Índice de saprobiedad
28.2 Clasificación del índice de saprobiedad
28.3 Actividad enzimática extracelular (AEE)
182
28.1 Índice de saprobiedad
En el módulo 20 se estudió el concepto de saprobiedad. Este se refiere al contenido de materia orgánica en un reoambiente. Existe una relación entre el contenido de materia orgánica y la presencia
y abundancia de los organismos en los ríos. La saprobiedad puede estudiarse mediante el índice de
saprobiedad (S), que se puede aplicar esencialmente a los microorganismos o a los macroinvertebrados acuáticos si se tiene un conocimiento de las especies y de las abundancias de cada dominio
hidrobiológico. El índice de microsaprobios está ampliamente documentado en Streble y Krauter
(1988) y fue propuesto por Kolkwitz y Marsson (1902, 1908 y 1909). Su formulación es la siguiente:
S=
1 # R (os) + 2 # R (bms) + 3 # R (ams) + 4 # R (ps)
.
R [(os) + (bms) + (ams) + (ps)]
Según la anterior ecuación, la suma de todos los individuos “os” (oligosaprobios) se debe multiplicar
por 1, la suma de todos los individuos “bms” (betamesosaprobios) se debe multiplicar por 2, y así
sucesivamente. El denominador debe comprender la suma de todos los individuos de la muestra.
Los organismos que se hallan en las escalas os/bms (I/II), bms/ams (II/III) y ams/ps (III/IV) se deben
tener en cuenta como el valor medio entre las dos escalas en las que se encuentran. Los datos para
la clasificación de las especies se presentan en la tabla que se anexa en el material de apoyo de la
semana 16.
El resultado del cálculo del índice S debe oscilar entre 1 y 4. Como se observa en la tabla 28.1, la clasificación de S se puede leer en dos escalas: sistema basado en siete niveles o la de cinco niveles.
Una ventaja del índice de saprobios S es que no se requieren conteos cuantitativos como organismos/litro o m2; las proporciones relativas son suficientes. Para la aplicación del índice es necesario
encontrar al menos 12 especies indicadoras y 30 individuos para formas de gran tamaño; en plancton o detritus, 12 especies indicadoras y 100 individuos.
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Módulo 28. Bioindicadores de saprobiedad
Tabla 28.1. Sistema de saprobios para el estudio de las aguas continentales (Streble y Krauter, 1988).
Calidad de agua
clases I-IV
Escalas
tróficas
Oligotrófico
Sistema de 7 escalas para la clasificación de aguas
I
Oligosaprobio
Mesotrófico
II
β-mesosaprobio
III
α-mesosaprobio
A
I
os
Poco cargada
I/II
os/bms
Medianamente
cargada
II
bms
Críticamente
cargada
Eutrófico
Politrófico
Sin carga hasta muy
poco cargada
IV
Polisaprobio
B
1
1,0-1,5
1-2 1,5-1,8
2
1,8-2,3
II/III bms/ams 2-3 2,3-2,7
Fuertemente
contaminada
III
ams
Muy fuertemente
contaminada
III/IV
ams/ps
3-4 3,2-3,5
Sobrecontaminada
IV
ps
3-4 3,5-4,0
D
E
F
C
3
G
2,7-3,2
H
Sistema de saprobios de 5 escalas
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
I
Mínimo 8
Muy 1
bueno
1
1,0-1,8
Mínimo 6 Medio Bueno 2
2
1,8-2,3
Mínimo 4 Crítico Crítico 2-3 3
2,3-2,7
Poco
183
Mínimo 8
Mínimo 2 Fuerte Malo
Menor
de 2
Menor
de 2
K
L
3
5
2,7-3,2
Muy
fuerte
Muy
malo
4
5
3,2-4,0
M
N
O
P
Q
R
28.2 Clasificación del índice de saprobiedad
▪▪ Escalas tróficas:
A: cuatro escalas tróficas de “aguas léniticas” y de embalses en ríos; carga de nutrientes.
▪▪ I a IV clases de calidad del agua
B: cuatro clases de calidad del agua en trayectos, capas y zonas.
C: colores de presentaciones anteriores y mapas de calidad: I = azul, II = verde, III = amarillo,
IV = rojo.
▪▪ Sistema de siete escalas de clasificación de aguas
D: carga orgánica.
E: escalas de clasificación de aguas.
F: descripción resumida de las siete escalas, comparación con la columna B: b = b, a = a.
G: representación de los números romanos en la columna E.
H: valores del índice de saprobios en las siete escalas.
I: escalas de 1 a 4.
K: colores de las escalas para la presentación y escalamiento: de arriba hacia abajo, azul
oscuro, azul claro, verde, verde claro, amarillo, naranja, rojo.
L: concentración de O2 en mg/l de agua.
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Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
▪▪ Cinco escalas de carga
184
M: carga orgánica.
N: clasificación de calidad de agua y concentración de O2.
O: escalas de carga en representación de I.
P: escalas de carga en representación de II.
Q: valores del índice de saprobios en las cinco clases.
R: colores de las cinco escalas para la representación y cartografía. De arriba hacia abajo:
azul, verde, amarillo, rojo naranja, rojo.
Carga orgánica: apreciación de la carga con disminución de materia orgánica y de los
productos descompuestos.
Las cinco escalas de carga de este sistema son paralelas a las cinco escalas de demanda de
O2 (SVS) formuladas de la siguiente manera:
Escala 1 significa SVS I, con un contenido mínimo de 8 mg/l de O2.
Escala 2 significa SVS II, con un contenido mínimo de 6 mg/l de O2.
Escala 3 significa SVS III, con un contenido mínimo de 4 mg/l de O2.
Escala 4 significa SVS IV, con un contenido mínimo de 2 mg/l de O2.
Escala 5 significa SVS V, por debajo de 2 mg/l de O2, relaciones anaerobias por periodos
prolongados de tiempo son también posibles.
La presentación general del sistema de clasificación de aguas hace alusión a la carga del agua con
material orgánico. También es posible interpretar el sistema en un sentido contrario, es decir, la mineralización, empezando desde arriba con la escala IV. Sin embargo, la limnología moderna ofrece en
la actualidad métodos moleculares para analizar el proceso de degradación de la materia orgánica
en el agua. Especialmente, las bacterias, los hongos y algunas cianobacterias pueden exhibir actividad enzimática extracelular.
28.3 Actividad enzimática extracelular (AEE)
La actividad enzimática extracelular es un proceso que mide la remineralización de la materia orgánica en el agua. Ambientes acuáticos con altas tasas de AEE normalmente son aquellos que poseen
una baja disponiblidad de nutrientes en su forma mineral. Por su parte, cuando la AEE es muy baja
se tienen aguas ricas en nutrientes disponibles.
Los trabajos pioneros para la determinación de la AEE fueron los propuesto por Hoppe (1983), Marxsen
y Fiebig (1993), Hendel et al. (2001), Hendel y Marxsen (2005). Estos trabajos se basan en el empleo
de un sustrato fluorogénico que es consumido por los microorganismos en un tiempo dado y que
puede ser detectado al final del experimento a través de un fluorómetro.
En la ciénaga de Ayapel se determinó la AEE de la fosfatasa y la b-D-glucosidasa en el agua y en
la raiz de E. crassipes como una medida del metabolismo celular. Para ello se realizaron ensayos
de laboratorio con el fin de responder las siguientes preguntas: ¿Cómo es la AEE acuática en la
ciénaga de Ayapel?, ¿cómo es la AEE en el rizoambiente de E. crassipes en la ciénaga de Ayapel?
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Módulo 28. Bioindicadores de saprobiedad
En términos hipotéticos, en la ciénaga de Ayapel hay AEE y su intensidad está relacionada con el
metabolismo de los microorganismos, principalmente asociados a las raíces de E. crassipes. La
AEE-P es mayor que la AEE-C debido a que el P es un nutriente de menor disponibilidad en el agua.
Metodología. Se tomaron muestras de agua y de plantas acuáticas en diciembre de 2010, en febrero,
marzo, abril, mayo, septiembre y noviembre de 2011, y en mayo de 2012. Las muestras de agua y
de plantas acuáticas se obtuvieron en aguas abiertas de la ciénaga de Ayapel y fueron transportadas
de inmediato al laboratorio del grupo GAIA en la SIU (Sede de Investigación Universitaria) de la
Universidad de Antioquia.
La actividad de las enzimas fosfatasa y β-glucooxidasa puede determinarse a través de un método
fotométrico, especialmente cuando se presume que en la muestra hay una alta actividad por parte
de los micoroorganismos.
Este método consiste en una muestra problema en la cual la β-glucooxidasa hidroliza un sustrato
dispuesto en la misma (4-nitrofenil-β-D-glucopiranosa, que es incoloro). El nitrofenol (incoloro) separado puede ser detectado a 405 nm.
Sustratos:
4-nitrofenilfosfato (C6H4NNa2O6P6H2O), conc. > 98%, M = 371.12, cantidad = 2,5 g, laboratorio: Carl Roth GmbH.
4-nitrofenil- b-D-glucopiranosa (C12H15NO8), conc. > 99%, M = 301.26, cantidad = 1 g, laboratorio: Carl Roth GmbH.
Resultados y discusión. En la tabla 28.2 se presentan los resultados obtenidos sobre AEE en las
muestras de agua y de raíces de E. crassipes.
Tabla 28.2. Resultados de AEE en dos matrices: agua y raíces de plantas acuáticas.
Agua
(mmol/g/h)
Raíz de E. crassipes
(mmol/g/h)
Fosfatasa
0,31
13,06
Glucosidasa
1,39
2,23
Enzima
Matriz
Como se ve en esta tabla, se encontró AEE en agua y en raíz de plantas acuáticas tanto a nivel de la
enzima fosfatasa como de la glucosidasa. La AEE de la fosfatasa en las raíces de las plantas acuáticas fue mayor que en el agua (test statistic = 38,845, P-Value = 4,58833E-10). Las diferencias entre
la AEE de la glucosidasa entre la raíz y el agua no fueron significativas (test statistic = 0,809126,
P-Value = 0,368377).
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185
Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
186
Se concluyó que en la ciénaga de Ayapel hay AEE asociada al carbono (C-glucosidasa) y al fósforo
(P-fosfatasa). La AEE-P es probablemente más alta que la AEE-C, lo cual sugiere que los microorganismos demandan P dada su baja biodisponibilidad. La AEE-P en el rizoambiente de E. crassipes es
más alta que en el agua. La raíz es un biotopo excelente para el metabilismo celular en la ciénaga.
No se presentaron cambios importantes de la AEE en el tiempo (para este estudio se agradece
especialmente a la Universidad Justus von Liebig Giessen, AG Limnologie, profesor Marxsen, doctora Pohlon, Corpoayapel y la Universidad de Antioquia, Grupo GAIA, Ingeniera Grajales, equipo de
Hidrobiología Sanitaria).
Lectura sugerida:
Marxsen, J., P. Tippmann, P. Heininger, G. Preuss y A. Rende (1998), “Mikrobiologische Charakterisierung Aquatischer Sedimente-methodensammlung”, Enzymatikaktivität p. 87-114, Oldenburg,
Germany.
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Módulo 29
Densidad de organismos y riqueza de especies
Introducción
En este módulo se presentan los principales aspectos sanitarios de los grupos hidrobiológicos y su relación
con la densidad y riqueza de morfotipos. La densidad y la riqueza de morfotipos son dos parámetros fundamentales en estudios de calidad del agua, toda vez que la densidad representa la abundancia de los organismos y la riqueza representa la cantidad de información biológica contenida en una muestra.
Densidad y riqueza de morfotipos: dos
parámetros de hidrobiología sanitaria .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia, en el botón
DENSIDAD Y RIQUEZA, el pdf “Densidad y riqueza“.
Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
Contenido
29.1 Aspectos sanitarios de los grupos hidrobiológicos vs. la densidad y riqueza de morfotipos
188
29.1 Aspectos sanitarios de los grupos hidrobiológicos vs. la densidad y riqueza de
morfotipos
En la tabla 29.1 se presentan los principales aspectos sanitarios de los grupos hidrobiológicos y su
relación con la densidad y riqueza de morfotipos. La densidad y la riqueza de morfotipos son dos
parámetros fundamentales en estudios de calidad del agua, toda vez que la densidad representa la
abundancia de los organismos y la riqueza representa la cantidad de información biológica contenida
en una muestra.
Tabla 29.1. Aspectos sanitarios de los principales grupos hidrobiológicos y los parámetros de calidad del agua: densidad y riqueza
de organismos.
Grupo de
organismos
Características
sanitarias
Ambiente
Algas
planctónicas
Color: verdadero y
aparente
Olor
Sabor
Eutrofización
Toxicidad
Remoción de
sólidos disueltos
Bioindicadores
Lagos
Embalses
Ciénagas
Lagunas de
oxidación
Algas
perifíticas
Color: aparente
Saprobiedad
Toxicidad
Remoción de
sólidos disueltos
Bioindicadores
Quebradas Densidad: número de
Ríos
algas/cm². Valores altos =>
Tanques de 30 000 cel/cm² (Margalef, 1983)
abasto
Riqueza: S = alta si la curva de
rarefacción es asintótica.
Plantas
acuáticas
Eutrofización
Remoción de
sólidos disueltos
Remoción de
metales
Remoción de
pesticidas
Lagos
Embalses
Ciénagas
Canales
Humedales
artificiales
Densidad: número de
plantas/ha. Valores altos =>
30% del espejo de agua.
Protozoos
Saprobiedad
Potencial patógeno
Bioindicadores
Ríos
Lodos
activados
Densidad: número de
Aguirre, D., N. Aguirre y O.
protozoos/ml. Valores altos => Caicedo (2008). “Evaluación
30 000 cel/ml (Margalef, 1983) de la calidad de agua a
través de los protistas en la
Riqueza: S = alta si la curva de quebrada La Ayurá,
rarefacción es asintótica, o S => Envigado (Antioquia)”,
alta si > 30 spp.
Revista Producción +
Limpia, vol. 3, n° 1.
Rotíferos
Eutrofización
Parámetro hidrobiológico
Referencia
bibliográfica
Densidad: número de algas/ml. Ramírez, J. J. (2000),
Valores altos => 30 000 cel/ml Fitoplancton de agua dulce:
(Margalef, 1983)
Aspectos ecológicos,
taxonómicos y sanitarios,
Riqueza: S = alta si la curva de Medellín, Editorial
rarefacción es asintótica.
Universidad de Antioquia,
caps. 6 y 8.
Riqueza: S => alta si es > 20
spp/ha.
Ramírez, J. J. (2000),
Fitoplancton de agua dulce:
Aspectos ecológicos,
taxonómicos y sanitarios,
Medellín, Editorial
Universidad de Antioquia.
Aguirre, N., O. Caicedo y E.
González (2011). Las plantas
acuáticas del sistema
cenagoso de
Ayapel, Córdoba (Colombia),
texto de divulgación
científica. Medellín, Sello
Editorial Universidad de
Medellín, 49 p.
Lagos
Densidad: número de
Roldán, P. G. y J. J.
Lagunas de rotíferos/100 ml. Valores altos Ramírez (2008),
oxidación
=> 200 ind/100ml.
Fundamentos de limnología
neotropical. 2a ed., Medellín,
Riqueza: S = alta sidelaEducación
curva deVirtual
Editorial
Universidad de
Hidobiología sanitaria - Universidad de Antioquia-Programa
—Ude@—
rarefacción es asintótica, o S Antioquia.
=> alta si > 30 spp.
Potencial patógeno
Bioindicadores
Lodos
activados
Rotíferos
Eutrofización
Lagos
Densidad: número de
Roldán, P. G. y J. J.
Lagunas de rotíferos/100 ml. Valores altos Ramírez (2008),
oxidación
=> 200 ind/100ml.
Fundamentos de limnología
neotropical. 2a ed., Medellín,
Riqueza: S = alta si la curva de Editorial Universidad de
rarefacción es asintótica, o S Antioquia.
=> alta si > 30 spp.
Cladóceros
Trofía
Bioensayos
Lagos
Embalses
Ciénagas
Lagunas de
oxidación
Densidad: número de
cladóceros/100 ml. Valores
altos => 200 ind/100 ml
Lagos
Embalses
Ciénagas
Lagunas de
oxidación
Densidad: número de
copépodos/100 ml. Valores
altos => 200 ind/100 ml
Ríos
Densidad: número de
macroinv/900 cm². Valores
altos => 200 ind/900 cm²
Copépodos
Trofía
Bioensayos
Macroinverte- Saprobiedad
Bioindicadores
brados
acuáticos
protozoos/ml. Valores altos => Caicedo (2008). “Evaluación
30 000 cel/ml (Margalef, 1983) de la calidad de agua a
través de los protistas en la
Riqueza: S = alta si la curva de quebrada La Ayurá,
rarefacción es asintótica, o S => Envigado (Antioquia)”,
29. Densidad de organismos
y riqueza+ de especies
alta siMódulo
> 30 spp.
Revista Producción
Limpia, vol. 3, n° 1.
Riqueza: S = alta si la curva de
rarefacción es asintótica, o S
=> alta si > 30 spp.
Palacio, J. (2007),
Ecotoxicología acúatica,
Medellín, Imprenta
Universidad de Antioquia.
Roldán, P. G. y J. J.
Ramírez (2008),
Fundamentos de limnología
neotropical, 2a ed., Medellín,
Riqueza: S = alta si la curva de Editorial Universidad de
rarefacción es asintótica, o S => Antioquia.
si > 30 spp.
Aguirre, N., J. Palacio y Á.
Wills. (eds.) (2004),
Caracterización de los
principales aspectos
fisicobióticos de la
Riqueza: S = alta si la curva de microcuenca de la quebrada
rarefacción es asintótica, o S La Vega, municipio de San
=> >30 spp.
Roque (Antioquia), Medellín,
Imprenta Universidad de
Antioquia.
Milán, W., O. Caicedo y N.
Aguirre (2011), “Quebrada
La Popala: un análisis de
calidad del agua desde
algunas variables
fisicoquímicas, microbiológicas y los macroinvertebrados acuáticos” Medellín,
Revista Gestión y Ambiente,
mayo, 2011: 14 (1): 85-94.
Lectura sugerida:
Aguirre, N., O. Caicedo y E. González (2011), Las plantas acuáticas del sistema cenagoso de Ayapel, Córdoba (Colombia), texto de divulgación científica, Medellín, Sello Editorial Universidad de
Medellín, 49 p.
Hidobiología sanitaria - Universidad de Antioquia - Programa de Educación Virtual —Ude@—
189
Módulo 30
Índices de calidad del agua
Introducción
En la literatura científica existe una amplia gama de índices de calidad del agua. Sin embargo, desde el punto
de vista hidrobiológico es clara la necesidad de relacionar parámetros fisicoquímicos de calidad del agua y los
índices bióticos. Con respecto a la calidad fisicoquímica del agua, se presentan algunas variables fisicoquímicas que se pueden relacionar con la hidrobiota y así reflejar de manera más potente dicha calidad.
Un índice de calidad del agua puede
considerarse un parámetro .
Mire en el mapa conceptual de la multimedia,
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Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
Contenido
30.1 Índices de calidad del agua
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30.1 Índices de calidad del agua
En la literatura científica existe una amplia gama de índices de calidad del agua. Sin embargo, desde
el punto de vista hidrobiológico es clara la necesidad de relacionar parámetros fisicoquímicos de
calidad del agua y los índices bióticos. Con respecto a la calidad fisicoquímica del agua, en la tabla
30.1 se presentan algunas variables fisicoquímicas que se pueden relacionar con la hidrobiota y así
reflejar de manera más potente dicha calidad.
Tabla 30.1. Calidad del agua fisicoquímica según la SVDG (1995).
I
I-II
II
II-III
III
III-IV
IV
Oxígeno en %
100-86
100-110
85-50
110-150
40-20
150-200
< 10
> 230
DBO5 en mg/l
1-2
2-8
8-20
> 20
pH
7,0-7,5
7,0-6,5
8,0-8,5
6,5-6,0
9,0-9,5
5,5-5,0
10,0
< 5,0
Amonio (NH4+)
< 0.2
0,2-1,0
1,0-4,0
> 4.0
Nitritos (NO2-) en mg/l
< 0,1
0,2-0,5
4,0-6,0
8,0
Nitratos (NO3 ) en mg/l
< 1,0
1,0-5,0
> 5,0
-
Ortofosfatos (PO4 ) en mg/l
< 0,015
0,015-0,15
0,15-1,5
> 1,5
Alcalinidad en mmol/l
1,0-0,5
0,50-0,25
0,1-0,03
0,05
0,1-0,2
0,5
1,0
3-
Fe en mg/l
0-0,1
I: agua de buena calidad, IV: agua contaminada
Desde la perspectiva hidrobiológica, los índices de mayor uso se basan en la premisa de que la contaminación simplifica el ecosistema, lo cual se refiere al efecto que tienen los contaminantes sobre
la reducción de la diversidad de morfotipos o especies. Por lo anterior, la contaminación acuática
afecta la diversidad de especies y por ende ello se ve reflejado en el índice de diversidad de especies
y sus componentes. Entre los índices de diversidad más empleados se tienen el de diversidad de
Shannon-Weaver (1949), el de dominancia de Simpson (1949) y el de uniformidad de Pielou (1966).
Índices de diversidad y sus componentes. Estos índices se basan en el conocimiento de la abundancia o densidad de los organismos y en la determinación de cada taxa o morfotipo, y tienen en
cuenta la estructura de la comunidad acuática en cuanto a su riqueza, equidad y abundancia. Los
principales índices de este tipo son:
a. Índice de diversidad de Shannon-Weaver (1949)
H = -/
(ni) (ni)
,
ln
(N) (N)
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Módulo 30. Índices de calidad del agua
donde:
H = índice de diversidad de Shannon-Weaver
ni = número de individuos de cada taxa
N = número total de individuos
ln = logaritmo natural
Valores entre 0,0 y 1,0 indican ambientes muy contaminados, entre 1,0 y 3,0 corresponden a
aguas de moderada contaminación y de 3.0 en adelante aguas de buena calidad (Wilhm y Dorris,
1968). Para Magurran (1988), el rango de valores oscila entre 1,5 y 3,5.
b. Indice de dominancia de Simpson (1949)
D=
Rni (ni - 1)
,
N (N - 1)
donde:
D = índice de dominancia de Simpson
ni = número de individuos de cada taxa
N = número total de individuos
Los valores para este índice varían entre 0 y 1. A medida que la dominancia se incrementa, la
diversidad disminuye.
c. Índice de equidad de Pielou (1966)
J= H ,
Hmax
donde:
H = índice de diversidad de Shannon-Weaver
Hmax = máximo valor de H (ln S)
El índice de equidad de Pielou varía entre 0 y 1,0, donde el valor de cero representa la mínima
equidad y 1,0 la máxima.
d. Índice de riqueza
Se expresa como
R = número total de taxa.
Este indice se refiere a los morfotipos encontrados en la muestra (véase tabla 29.1).
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Capítulo 7. Contaminación acuática: bioindicación
e. Índice BMWP
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Uno de los índices más empleados en los estudios de calidad de agua a través de los bioindicadores es el BMWP (The Biological Monitoring Working Party) (Alba-Tercedor, 1996; Roldán,
2003). Para la aplicación del BMWP, Armitage et al. (1983) organizaron las familias de macroinvertebrados acuáticos en diez grupos siguiendo un gradiente de menor a mayor tolerancia a la
contaminación.
Para el empleo de este índice se asigna un puntaje a las diferentes familias de macroinvertebrados acuáticos. Cada familia se ubica en una escala de valores entre 1 y 10. A las familias más
sensibles a la contaminación orgánica se asignan los valores más altos, y los más bajos a las
familias más tolerantes. En la tabla 30.2 se presenta el índice BMWP para Colombia (Roldán,
2003). En la tabla 30.3 se reporta información referente a clase de calidad del agua y los significados de los valores del índice.
Tabla 30.2. Indice biótico BMWP (The Biological Monitoring Working Party) para Antioquia (Roldán, 2003).
Familia
Valor
Anomalopsychidae, Atriplectididae, Blepharoceridae, Calamoceratidae, Ptilodactylidae, Chordodidae, Gomphidae, Hydridae, Lampyridae, Lymnessiidae, Odontoceridae, Oligoneuriidae, Perlidae, Polythoridae, Psephenidae.
10
Ampullariidae, Dytiscidae, Ephemeridae, Euthyplociidae, Gyrinidae, Hydraenidae, Hydrobiosidae, Leptophebiidae, Philopotamidae, Polycentropodidae, Polymitarcydae, Xiphocentronidae.
9
Gerridae, Hebridae, Helicopsychidae, Hydrobiidae, Leptoceridae, Lestidae, Palaemonidae, Pleidae, Pseudothelpusidae, Saldidae, Simuliidae, Veliidae.
8
Baetidae, Caenidae, Calopterygidae, Coenagrionidae, Corixidae, Dixidae, Dryopidae, Glossossomatidae, Hyalellidae, Hydropsychidae, Hydroptilidae, Leptohyphidae,
Naucoridae, Notonectidae, Planariidae (Dugesiidae), Psychodidae, Scirtidae.
7
Aeshnidae, Ancylidae, Corydalidae, Elmidae, Libellulidae, Limnichidae, Lutrochidae, Megapodagrionidae, Sialidae, Staphylinidae.
6
Belostomatidae, Gelastocoridae, Mesoveliidae, Nepidae, Planorbiidae, Pyralidae,
Tabanidae, Thiaridae.
5
Chrysomelidae, Stratiomyidae, Haliplidae, Empididae, Dolichopodidae, Sphaeridae, Lymnaeidae, Hydrometridae, Noteridae.
4
Ceratopogonidae, Glossiphoniidae, Cyclobdellidae, Hydrophilidae, Physidae,
Tipulidae.
3
Culicidae, Chironomidae, Muscidae, Sciomyzidae, Syrphidae.
2
Tubificidae
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Módulo 30. Índices de calidad del agua
Tabla 30.3. Clase, calidad y escala de valores y su respectivo significado ambiental de BMWP (Roldán, 2003).
Clase
Calidad
Valor
Significado
I
“Buena”
> 150, 101-120
Aguas muy limpias a limpias
II
“Aceptable”
61-100
Aguas ligeramente contaminadas
III
“Dudosa”
36-60
Aguas contaminadas
IV
“Crítica”
16-35
Aguas muy contaminadas
V
“Muy crítica”
< 15
Aguas fuertemente contaminadas
Lectura sugerida:
Milán, W., O. Caicedo y N. Aguirre (2011), “Quebrada La Popala: un análisis de calidad del agua desde algunas variables fisicoquímicas, microbiológicas y los macroinvertebrados acuáticos”, Medellín,
Revista Gestión y Ambiente, mayo de 2011: 14 (1): 85-94.
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