Diatomeas del Rio Lerma, estimación de la calidad del agua de un

Diatomeas del Rio Lerma, estimación de la calidad del agua de un r ío fuer temente contaminado. Resultados pr eliminares Isabel Israde –Alcantara (1) , Virginia Segura García (2), Nelida Abarca Mejia (3), Luc Ector (4), Enrique Cantoral Uriza (5), Manuel Mendoza Cantú (6). 1.Depto de Geología y Mineralogía. Inst. de Inv. Metalúrgicas.Edif.. U Ciudad Universitaria. Morelia, Michoacán; 2. Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología; 3, Posgrado Universidad de Berlín; 4, Centre de Recerche Publique Gabriel Lipmann; 5. Facultad de Ciencias UNAM; 6, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental. UNAM [email protected] RESUMEN Un estudio en proceso enfocado a la taxonomía y distribución de las diatomeas bentónicas del río Lerma permitió hacer un inventario de 185 taxones. La mayoría de ellos son taxa cosmopolitas, adaptados a los medios contaminados con una fuerte carga en materia orgánica. La aplicación del IPS sobre el río Lerma revela que al menos 80% de las especies y de la abundancia relativa de los taxones entran en el cálculo del IPS. La aplicación del IPS nos parece realista y pertinente para estimar la calidad biológica del río Lerma. Se integran además distintos análisis fisicoquímicos para determinar cuales son los parámetros limitantes en la distribución de las asociaciones de diatomeas del río Lerma y se comparan ambos análisis biológicos y fisicoquímicos que sugieren cuales son los sectores mas contaminados del río Lerma. INTRODUCCION La cuenca del Lerma es el sistema hidrológico más importante de México, con un área de 52,545 m2. La precipitación media anual es de 730 mm recorre una distancia el río de ca.750 km. Se origina a 3000 msnm y desemboca a 1510 msnm hacia el lago de Chapala (Aparicio 2001). Las morfologías más altas que limitan la cuenca comprenden el Nevado de Toluca a 4680 msnm y la más baja corresponde al lago de Chapala. La altitud y latitud influencian fuertemente las condiciones climáticas, mientras que la geología y las descargas antrópicas controlan más la química del agua. El 15 % de la población de la República Mexicana (50,000,000 habitantes) vive en la cuenca del río Lerma . Actualmente sufre un gran déficit en el balance hídrico ya que la agricultura extrae el 68% del agua subterránea seguida por la utilizada en el sector urbano. La región presenta una tendencia a temperaturas áridas, sobre todo en el medio Lerma siendo el promedio de 21°C. La estación seca comprende de noviembre a marzo. Su drenaje se caracteriza por un flujo laminar y que cambia solo en sitios donde existen saltos estructurales que le permiten autodepurarse. En el estudio realizado en este proyecto se observó que el Río Lerma es una fuente crucial de abasto para irrigación y la industria en la región. Son de resaltar los métodos de gestión del agua que producen un gran impacto en este río manejado ya que a pesar de que existen algunas plantas de tratamiento, la mayoría en la región de Guanajuato, no se observan grandes diferencias en la entrada y salida de los drenajes que son vertidos directamente al río Lerma. Si agregamos a esto que el manejo del río es función de la demanda de agua, que no siempre está asociada al régimen de lluvias, los bajos escurrimientos disponibles y que los afluentes, tales como el río Querétaro permanecen secos la mayor parte del año; se traduce en un rápido deterioro del sistema. El río ha recibido atención prioritaria por la gran proporción de actividades agrícolas y ganaderas. Los efluentes urbanos e industriales (se cuentan 9200 industrias entorno al río). 3500 empresas descargan sus subproductos sin previo tratamiento al río Lerma
Lleva consigo en su curso contaminantes disueltos y precipitados en los sedimentos los cuales se originan a partir de corredores industriales, fuentes agrícolas y descargas municipales. Las metodologías de estudio y sucesivo seguimiento de la calidad del agua en ambientes lóticos y lénticos se apoyan en análisis fisico­químicos. Los productos contaminantes que ingresan a los ríos son generalmente puntuales. Estos después vienen arrastrados y diluidos, por lo tanto se requiere nuevos instrumentos y tecnologías de alto costo que permitan la detección puntual de sitios de alteración que reflejen las condiciones existentes antes, durante y después de la alteración del medio y su sucesivo cartografiado y vigilancia de la calidad del agua. Los métodos biológicos presentan la ventaja de ofrecer información de efectos ambientales prolongados, ya que los organismos acuáticos integran los efectos de calidad del agua por largo tiempo, en cuanto a los métodos físico­químicos permiten un conocimiento instantáneo de las condiciones del agua. Desde los años ochenta las diatomeas bentónicas, se han utilizado como organismos de monitoreo rutinario en la mayoría de los países de Europa y en USA para evaluar la calidad de las aguas y ahora se utilizan cada vez más de forma rutinaria en Asia, África, Sudamérica y Caribe (Argentina, Brasil, Costa Rica). Las diatomeas son herramientas muy útiles porque tienen una gran diversidad florística (solo en aguas dulces 10,000 taxa). Presenta muy bajo costo estudiarlas además de que el muestreo es simple y rápido. Son altamente sensitivas, otorgan información asociada a la cantidad de material orgánico, pH, alcalinidad, tipo de substrato, etc. La sensitividad o tolerancia de ciertas diatomeas a la eutroficación ha dado lugar a crear varios indicadores de calidad del agua, además de que tienen un gran poder integrador. y se muestran algunos resultados enfocados a la taxonomia y a la físico – química de los muestreos llevados a cabo desde abril del 2003 a noviembre del 2006. MATERIAL Y METODOS En abril del 2003 inició la primera campaña de muestreo del río Lerma para componer una base de datos taxonómicos y fisicoquímicos del río Lerma con el propósito de establecer, en un futuro, un indice de Poluosensibilidad SPI (Specific Polluo­sensitivity Index, Coste in Cemagref, 1982), para determinar la potencialidad de las diatomeas en la evaluación de la calidad del agua. Diatomeas bentónicas de 20 localidades incluidos manantiales fueron muestreadas en dos periodos anuales (secas y post lluvias) a partir del 2003 según el Método de Kelly et al 1998. En cada estación se determinaron los siguientes datos hidrológicos: ancho total de río, profundidad media, velocidad de corriente superficial, color, olor y transparencia y en un periodo irradianza. Se registraron in situ los valores de oxígeno disuelto, pH, conductividad eléctrica y temperatura, utilizando un multisensor Horiba 23, previamente calibrado a las distintas altitudes del río. Se realizaron además análisis de componentes orgánicos DBO, DCO, NH4, NO3, NO2, NTK, P, PO4 y cloruros además de iones calcio, sodio, carbonatos, sulfatos, bicarbonatos y carbonatos. mientras que los análisis de metales pesados en agua y sedimentos, fueron realizados en el Servicio Geológico de los Estados Unidos en Menlo Park, California en botellas enjuagadas con una dilución de acido nítrico y enjuagadas con agua bidestilada. Estos materiales fueron acidificados en campo hasta descender el pH de la muestra a 2 y posteriormente transportados en hielo hasta el laboratorio. Las diatomeas (400 valvas por estación) fueron identificadas con un microscopio Olympus Bymax 50 con cámara digital integrada. La bibliografía especializada en que nos basamos se basó en Krammer y Lange­Bertalott, 1985, 1986, 1988, 1991ª, 1991b; Krammer, 1997 Part 1, 1997 Part 2, 2000, 2002, 2003; Lange­Bertalot y Krammer, 1987, 1993; Lange y Moser, 1994; Lange, 1995, 1996, 1998, 1999, 2000; Patrick y Reimer 1966, Patrick 1977, Round et al, 1992; Wydrzycka & Lange­Bertalot, 2001, entre otros. Para la realización de la identificación taxonómica se observó un mínimo de 20 ejemplares de la misma localidad para definir variedades morfológicas de distintas especies. Se realizaron análisis petrográficos de cada estación que conforma el substrato del río y que es representativo de las rocas del entorno.
En los ríos de la cuenca se seleccionaron por su caudal constante y su importancia, los sectores que atraviesan los ríos del Alto Lerma­Grande y Chiquito se muestrearon solo charcas someras en el río Querétaro que se mantuvo seco los tres años del periodo de estudio. Del Medio Lerma se caracterizaron (de la misma forma que al Lerma) las desembocaduras del río Turbio y el Angulo, mientras que del bajo Lerma se muestreó la desembocadura del afluente más importante por su caudal fue el Rio Duero. Se tuvo cuidado de muestrear antes y después de cada desarrollo industrial o habitacional procurando establecer transectos de 10 km a lo largo del río. Para calcular el Indice de polusensibilidad específica se utilizó el programa OMNIDIA. RESULTADOS El curso del río Lerma ha sido estructurado a lo largo de historia evolutiva del Arco Volcánico Mexicano que se forma a partir del Mioceno Medio y que alcanza su máxima efusión de lavas en el Pliocuaternario (Israde 1999). Resaltan también en esta evolución los sistemas de fallas laterales y las fallas normales que delinean su configuración a través del centro de México. Estas últimas también han propiciado la formación de depresiones lacustres que son comunes en la cuenca del Lerma y que aun conservan su espejo de agua, aunque existen numerosos afloramientos de diatomitas neógenas que testimonian los represamientos del río Lerma a lo largo del tiempo geológico como son los afloramientos de sedimentos lacustres neógenos de la región de Ixtlahuaca, Ixtapatongo y Puente Temazcalcingo. Dominan las rocas alcalinas aunque algunas rocas ácidas se reconocen sobre todo en la región oriente de la Cuenca. El análisis petrográfico de las lavas de los edificios mas característicos en el curso del Río Lerma presentan una textura hipocristalina (microcristles y fenocristales) con fenocristales rodeados por una matriz de vidrio y microlito de ortopiroxenos y plagioclasa resultan dominantes las rocas andesítico­basaltico con una componente netamente de plagioclasas cálcicas. El río disecta en varios sectores flujos piroclásticos y depósitos de caída que son comunes en el oriente (Ixtlahuaca) y Occidente del Rio Lerma (Zalamea). El substrato del río típicamente está conformado por arenas, conglomerados y brechas de afinidad volcánica. Se observan tres saltos importantes en el río correspondientes a represamientos que han sido utilizados para generar electricidad y son el de Tepuxtepec, el de la presa Solís y siendo el más espectacular por su altura el de Yurécuaro­ Casas Blancas. El estudio de las diatomeas se realizó en distintos manantiales en la cuenca para incorporar la vegetación prístina a la base de datos especies bajo condiciones naturales de desarrollo y poder sucesivamente definir cuales son las posibles asociaciones de diatomeas ligadas a impacto ambiental por influencia antrópica. Se infiere que al comparar las condiciones antes y después de una perturbación ambiental o a través del tiempo se pretende reconocer las especies indicadoras de contaminación en río Lerma y sus afluentes 185 taxa que corresponden a 50 géneros fueron identificados. 34 de ellos están presentes en al menos una localidad con una abundancia mayor al 5%. El genero Nitzschia (35 taxa) y Navicula (23 taxa) presentan la más alta diversidad. Aproximadamente 5% del número total de taxa no han sido clasificados y se requiere conocerse a detalle si son endémicos para México o bien son especies que presentan cambios morfológicos por efecto de las condiciones ambientales en las que se desarrollan. Respecto a los análisis físico­químicos y de presencia de metales se observa que los sitios mas contaminados son las localidades del inicio del Lerma (Alto Lerma), Salamanca y La Piedad (medio Lerma).
Las tendencias de la mineralización del río estuvieron fuertemente influenciadas por las características geoquímicas de la región cuyas rocas y suelos aportan iones en solución donde dominan composiciones más tendientes a calcicas, sobre todo en el medio Lerma producto de las rocas básicas a nivel regional. El análisis de los metales pesados de los sedimentos del río Lerma registran concentraciones máximas de plomo de 1.7 mg/l en la localidad de Hornitos, mientras que en el río la Laja alcanzan los 2 miligramos por litro. En el curso del río en el sector del alto Lerma, se realizó un análisis cluster (fig 1) que es representativo de la epoca de post lluvias, en el que destaca un claro gradiente desde zonas altamente contaminadas hasta las que aparentan menor perturbación. En la cabecera del río que coincide con la zona industrial del Estado de México, se advierten profundidades bajas, bajos valores de oxígeno y sobre todo que las localidades del primer grupo son las que presentan pH de ácidos a neutros. El segundo grupo asocia a localidades con pH alcalinos. Para el tercer grupo, sobresalen las bajas conductividades. El cuarto grupo revela las zonas más profundas y buena velocidad de corriente. En este clúster la localidad aislada es el río Querétaro caracterizada por la máxima conductividad y el mínimo contenido de oxígeno. PLpll_03 PLpll_04 PLpll_05 Ixpll _05 IXpl l_03 TLpll_03 Cpl l_03 Upl l_03 Upl l_05 TLpll_04 Upl l_04 TLpll_05 IXpl l_04 Cpl l_04 Chpll_05 LAJpll _04
QR Opll_04 Pmpll_03 Pmpll_04 Cpl l_05 Pmpll_05 TZpll_03 Ppll _03 Ppll _04 TZpll_05 TZpll_04 Chpll_03 Chpll_04 Ppll _05 Figura 1. Asociación de las localidades en temporada de poslluvias en el Alto Lerma de 2003 a 2005 (Método Jerárquico de Clúster = Ward). Respecto al medio­bajo Lerma se muestran en la fig2a y 2b los resultados de los análisis multivariados que integran la mayoría de las variables analizadas. el ordenamiento de las muestras resultó en una clara separación de las comunidades del periodo de lluvias y de secas. El análisis de correspondencia canónica muestra que la porción mayor de la variabilidad observada de las especies puede ser explicada a través de un gradiente estacional que esta directamente relacionado con la temperatura y por un gradiente longitudinal asociado a los cambios bruscos en la conductividad y en el oxigeno disuelto. Por lo tanto se alinearon en el eje X las tendencias de temperatura y oxígeno con las muestras de la estación de estiaje que se observan en el lado derecho del grafico (fig 2a) y las de lluvias en el lado izquierdo (fig 2b). 1.5 1.0 Se utilizó un segundo análisis de correspondencia canónica entre las variables ambientales y la abundancia relativa de las especies con un set completo para la estación de lluvias (fig 2b). Las especies con preferencia específica fueron altamente influenciadas por la tipología del sitio de muestreo. En los sitios con mas elevados valores de nitratos como en el medio­bajo Lerma dominaron (Planothidium frequentissimum, Nitzschia amphibia, Eolimna subminuscula y Mayamaea atomus), que son opuestas a los puntos del alto e inicio del medio Lerma con elevada conductividad y las mas altas concentraciones de fosfatos y sulfatos (Nitzschia umbonata, Nitzschia palea y Fistulifera saprophila). 1 8 conduct Nitz umb BOD5 Nitz umb pH Sal 1 2 3 Cycl men Temp Coco pla SO4 Sal Navi rec Oxigen 9 Plan fre Plan lan 5 Oxigen Conduct PO4 Nitz pal Aula gra Fist sap Temp 7 4 Luti goe 5 Nitz pal Fist sap 10 Eoli sup 6 12
Maya atv Eoli sup 2 Navi rec Maya atv 3 11 Coco pla Cclo del Cycl men pH Nitz amp Luti goe Aula gra Nitz amp 4 NO3 ­1.0 ­0.8 NO2 ­1.0 1.5 a 6 Plan fre ­1.0 1.0 b Fig. 2 a: Ordenación de las comunidades de secas y lluvias; 2b: Correlación de las mayores variables ambientales en relación con las asociaciones de diatomeas. El análisis paralelo de diatomeas en el que se integran las abundancias y los porcentajes tomados en cuenta para la elaboración del índice se observa que la mayoría de los taxa son útiles para los cálculos de polusensibilidad (fig 3, 4) lo que permite integrar a las estaciones de muesreo a lo largo del curso de l río en sectores de acuerdo a su grado de contaminación (Tabla 1 y fig. 5 y 6). 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 9 L 2
R
R
L 1
8 7 L 1
R
6 R
L 1
5 L 1
R
R
L 1
4 3 L 1
R
2 L 1
R
L 1
R
R
L 1
1 0 9 L 1
R
8 L 0
R
L 0
R
R
L 0
7 6 5 L 0
R
4 L 0
R
R
L 0
3 2 L 0
R
L 0
R
R
L 0
1 0% Estaciones del muestreo Fig. 3 : Porcentaje de especies tomadas en cuenta (en azul ) para calcular el Indice de Poluosensibilidad Especifica 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Estacion es del muestreo
Fig. 4 : Abundancia de taxa tomados en cuenta ( ) para calcular el Indice de Poluosensibilidad Especifica R
L 2
0 9 R
L 1
8 L 1
7 R
R
L 1
6 L 1
R
L 15
L 1
4 R
L 1
3 R
L 1
2 R
L 1
1 R
R
9 L 10
L 0
R
L 08
R
L 0
7 R
L 0
6 R
5 R
4 L 0
R
3 L 0
R
2 L 0
R
L 0
R
R
L 0
1 0% Estaciones Chignahuapan Ixtapatongo Concepcion de los baños San Lorenzo Tlacotepec Temazcalcingo El Pedregal Chamacuaro El Capulin Uruetaro Duranes Paso de Cora Agua Caliente Hornitos Charapuato La Concepcion Zalamea Maltaraña Lago de Chapala Manantial los Capulines Manantial El Divisadero Codigos RL 01 RL 02 RL 03 RL 04 RL 05 RL 06 RL 07 RL 08 RL 09 RL 10 RL 11 RL 12 RL 13 RL 14 RL 15 RL 16 RL 17 RL 18 RL 19 RL 20 IPS / 20 8,8 3,9 5,9 3,6 6,1 9,3 6,9 5,6 6,0 4,1 2,9 2,7 6,3 5,7 3,8 5,8 5,8 11,7 13,3 14,3
Tabla 1. Valores del Indice de PoluoSensibilidad especifica calculadas con el programa OMNIDIA y clases de calidad biológica. Muy buena Buena Mediocre Mala Muy mala 20 Muy 18 16 Buena Valo r d el IPS 14 12 Mediocr 10 8 Mala 6 4 Muy 2 Fig 5. Evaluación y evolución de la calidad biológica del agua del río Lerma con el uso del Indice de Poluosensibilidad especifíca L 18
Estaci o ne s R
L 17
R
15
L 16
R
L R
14
L R
13
L R
L 12
R
R
L 11
10
L R
09
L R
L 08
R
L 07
R
05
L 06
R
04
L R
L R
L 03
R
L 02
01
L R
R
0 Al comparar los análisis físico químicos con los obtenidos por el índice de polusensibilidad se observa que son similares por lo que las diatomeas son útiles para determinar la calidad del agua en sitios sujetos a distintos rangos de contaminación . Los sitios más contaminados de la cuenca son por orden de impacto (fig 6): Son el Alto Lerma­ Puente Lerma y San Jerónimo Ixtapatongo y San Lorenzo Tlacotepec. Medio Lerma­ El Mármol y Duranes y Paso de Cobos y sus afluentes el Río Querétaro y el rio Turbio. Fig. 6 Estaciones de muestreo en los periodos 2003 al 2006 y calidad del agua en base al análisis de las asociaciones de diatomeas. Las diatomeas resultaron organismos ideales para detectar la calidad del agua en el río Lerma y permiten distinguir los sitios más contaminados que requieren un seguimiento y muestreo bianual por parte de los organismos operadores de agua en la región. Cabe resaltar que en campo al estar en contacto con las comunidades de distintas localidades del entorno del río se observaron casos de enfermedades asociadas al contacto con las aguas del río destacando las infecciones cutáneas. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ­APARICIO, J. 2001. Hydrology of the Lerma­Chapala watershed. Pp: 3­30. In: Hansen, A. M. and M. Van Afferden (eds.). 2001. The Lerma­Chapala watershed; evaluation and management. Kluwer Academic­Plenum Publishers. New York. ­ISRADE­ALCÁNTARA, I. 1999. Lagos tectónicos y volcánicos de Michoacán. Pp: 46­74. In: Corona Chávez P. e I. Israde­Alcántara (Eds.). Carta geológica del estado de Michoacán.
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