indicadores biologicos de calidad del agua

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECONOLGÍA
PROGRAMA DE MAESTRIA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
INDICADORES BIOLOGICOS DE
CALIDAD DEL AGUA
Docente:
MSc. OMAR ARCE
Alumnos:
Ruth Clara Herbas Antezana
Francis Rivero Ostoic
Ariel Gonzales Ramos
Cochabamba, 31 de Octubre 2006
Ruth, Francis y Ariel
I. INTRODUCCION
La calidad del agua, al igual que la belleza, son términos difíciles de definir,
imposibles de medir en términos absolutos, y como un concepto abstracto, es
muy subjetivo. Se han hecho muchos intentos para inferir clasificaciones
descriptivas de calidad de agua pero la inherente simpleza de esta
aproximación puede ilustrarse considerando como ejemplo el agua destilada.
Es de alta o baja calidad? Instintivamente una posible respuesta seria “alta”
puesto que claramente no contiene tóxicos ni contaminantes. Pero lo que es
excelente para calderos industriales o lavanderías, puede no ser adecuado para
consumo humano o pesqueras y las sustancias disueltas que son indeseables
para ciertos proyectos comerciales son esenciales para los organismos
acuáticos, el ser humano y su ganado. A la inversa, el agua podría contener
compuestos tóxicos, los cuales tienen pocas consecuencias en procesos
industriales (Hellawell, 1978).
Alba-Tercedor, (1996), también indica que el termino “calidad” referido a las
aguas continentales, no es un concepto absoluto ni de fácil definición. Por el
contrario es un concepto relativo que depende del destino final del recurso. De
modo que, y a titulo de ejemplo, mientras que las aguas fecales en ningún caso
podríamos considerarlas de calidad apropiada para la bebida, por los problemas
sanitarios que conllevaría su uso. Sin embargo, por su alto contenido de materia
orgánica podrían resultar excelentes para el riego de plantas ornamentales, o
de plantaciones forestales. Del mismo modo, aguas de alta montaña, que
intuitivamente podríamos asociarla con pureza y buena calidad, podrían resultar
poco apropiadas para la bebida al calmar escasamente la sed (por su bajo
contenido en sales) y por su bajo pH que le confiere un carácter corrosivo del
esmalte dental.
Los ecosistemas acuáticos mantienen una gran diversidad de organismos,
incluso mayor a los terrestres, por lo que los impactos como la contaminación
inducen a cambios en la estructura de las comunidades, la función biológica de
los sistemas acuáticos y al propio organismo, afectando su ciclo de vida,
crecimiento y su condición reproductiva (Bartram y Ballance, 1996). Por este
motivo, algunos organismos pueden proporcionar información de cambios
físicos y químicos en el agua, ya que a lo largo del tiempo revelan
modificaciones en la composición de la comunidad (Laws, 1981 in Vázquez, et
al)
El uso de bioindicadores se esta proponiendo como una nueva herramienta
para conocer la calidad del agua, esto no quiere decir que desplace al método
tradicional de los análisis fisicoquímicos. Su uso simplifica en gran medida las
actividades de campo y laboratorio, ya que su aplicación solo requiere de la
identificación y cuantificación de los organismos basándose en índices de
diversidad ajustados a intervalos que califican la calidad del agua.
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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Ruth, Francis y Ariel
II. OBJETIVOS
Objetivo general
Describir los indicadores biológicos de calidad de agua
Objetivos específicos
¾ Describir los principales indicadores biológicos
¾ Describir la importancia y el uso de los indicadores biológicos
¾ Describir los métodos de evaluación de calidad de aguas a través de
bioindicadores
III. REVISION BIBLIOGRAFICA
CONCEPTO DE INDICADOR BIOLOGICO
En general, todo organismo es indicador de las condiciones del medio en que
se desarrolla, ya que de cualquier forma su existencia en un espacio y
momentos determinados responden a su capacidad de adaptarse a los distintos
factores ambientales. Sin embargo, en términos más estrictos, un indicador
biológico acuático se ha considerado como aquel cuya presencia y abundancia
señalan algún proceso o estado del sistema en el cual habita. Los indicadores
biológicos se han asociado directamente con la calidad del agua más que con
procesos ecológicos o con su distribución geográfica. Es pertinente aclarar que
más que a un organismo, el indicador biológico se refiere a la población de
individuos de la especie indicadora, y en el mejor de los casos al conjunto de
especies que conforman una comunidad indicadora.
El concepto de organismo indicador se refiere a especies seleccionadas por su
sensibilidad o tolerancia (normalmente es la sensibilidad) a varios parámetros.
Usualmente los biólogos emplean bioindicadores de contaminación debido a su
especifidad y fácil monitoreo (Washington, 1984). Odum (1972 in Vázquez, et
al), define a los organismos indicadores como la presencia de una especie en
particular, que demuestra la existencia de ciertas condiciones en el medio,
mientras que su ausencia es la consecuencia de la alteración de tales
condiciones.
PRINCIPIOS DE LA BIOINDICACION
Un contaminante o cualquier otro evento particular que perturbe las condiciones
iniciales de un sistema acuático provocaran una serie de cambios en los
organismos, cuya magnitud dependerá del tiempo que dure la perturbación, su
intensidad y su naturaleza. La acción puede ser indirecta (cambios en el medio)
o directa (ingestión o impregnación). Los efectos sobre la fauna acuática
cuando es sometida a la descarga de una sustancia tóxica; a medida que
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Ruth, Francis y Ariel
transcurre el tiempo se pasa de respuestas individuales (bioquímicas y
fisiológicas) a respuestas poblacionales, comunitarias y ecosistemicas.
Entonces un indicador biológico será aquel que logre soportar los efectos
ocasionados por el elemento perturbante, es decir, que muestre algún tipo de
respuesta compensatoria o tolerante. Estas respuestas significan para la
especie mantener el funcionamiento normal a expensas de un gran gasto
metabólico.
IMPORTANCIA DE LOS INDICADORES BIOLOGICOS
El uso de especies para detectar procesos y factores en los ecosistemas
acuáticos tiene varias ventajas:
• Las poblaciones de animales y plantas acumulan información que los
análisis fisicoquímicos no detectan, es decir, las especies y comunidades
bióticas responden a efectos acumuladores intermitentes que en
determinado momento un muestreo de variables químicas o físicas
pasan por alto.
• La vigilancia biológica evita la determinación regular de un número
excesivo de parámetros químicos y físicos, ya que en los organismos se
sintetizan o confluyen muchas de estas variables.
• Los indicadores biológicos permiten detectar la aparición de elementos
contaminantes nuevos o insospechados.
• Puesto que muchas sustancias se acumulan en el cuerpo de ciertos
organismos, su concentración en esos indicadores puede reflejar el nivel
de contaminación ambiental.
• Como no es posible tomar muestras de toda la biota acuática, la
selección de algunas pocas especies indicadoras simplifica y reduce los
costos de la valoración sobre el estado del ecosistema, a la vez que se
obtiene solo la información pertinente, desechando un cúmulo de datos
difícil de manejar e interpretar.
UTILIDAD DE LOS BIOINDICADORES
El principal uso que se le ha dado a los indicadores biológicos ha sido la
detección de sustancias contaminantes, ya sean estos metales pesados,
materia orgánica, nutrientes (eutrofización), o elementos tóxicos como
hidrocarburos, pesticidas, ácidos, bases y gases con miras a establecer la
calidad del agua.
En adición a esta utilización primordial, existen otra serie de fenómenos que
no son de origen cultural y que se pueden determinar mediante
bioindicadores como son por ejemplo:
• Saturación de oxigeno
• Condiciones de anoxia
• Condiciones de pH
• Estratificación térmica y de oxigeno en la columna de agua
• Turbulencia del agua
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•
•
•
•
•
•
Torrencialidad
Proceso de mezcla entre el hipolimnio y el epilimnio en cuerpos
lenticos
Eutrofización natural
Grado de mineralización del agua
Presencia de determinados elementos como hierro, sílice y calcio
Fenómenos de sedimentación (Pinilla)
SELECCIÓN DE BIOINDICADORES
Antes de seleccionar bioindicadores, se debe definir que factor ambiental o para
que tipo de contaminación se quiere un indicador empleando organismos
acuáticos. Casi cualquier especie puede ser indicador de algo, pero puesto que
el conocimiento de la auto ecología de la mayoría de las especies es mínimo, y
si no fuera ese el caso, los recursos son limitados, entonces se debe
seleccionar a aquellos organismos potencialmente más útiles para el problema
particular a resolver.
Al seleccionar indicadores de protección ambiental los siguientes atributos son
particularmente deseables. Un indicador ideal debería, por supuesto, sin
ambigüedades indicar parámetros ambientales mediante su presencia muy
estrechamente definida. Este ideal raramente se realiza, pero los buenos
indicadores ambientales:
a) Son fácilmente identificados, incertidumbres taxonómicas pueden
confundir la interpretación de los datos.
b) Pueden ser fácilmente muestreados, esto es, sin necesidad de varios
operarios o equipos costosos, y cuantitativamente;
c) Tener distribución cosmopolita, la ausencia de especies con
requerimientos ecológicos muy estrechos y distribución limitada puede
no estar asociado a la polución, etc.;
d) Deben estar asociados a abundantes datos auto ecológicos, esto es de
considerable ayuda en el análisis de resultados de estudios y legados de
polución o índices bióticos;
e) Deben tener importancia económica como recurso o perjuicio o peste:
especies económicamente importantes (peces) o son perjudiciales
(algunas algas) tienen interés intrínseco;
f) Deben fácilmente acumular poluentes, especialmente para reflejar
niveles ambientales puesto que esto facilita la comprensión de su
distribución en relación al nivel de poluentes;
g) Deben ser fácilmente cultivables en laboratorio, lo cual también ayuda en
estudios experimentales relacionados de sus respuestas a poluentes y
observaciones de campo;
h) Deben tener baja variabilidad, tanto genética como en su rol (nicho) en la
comunidad biológica (Hellawell, 1986)
ORGANISMOS BIOINDICADORES
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Ruth, Francis y Ariel
Los organismos o grupos de organismos mas utilizados como indicadores de
contaminación son:
1. BACTERIAS
En las aguas destinadas al consumo domestico, uno de los factores mas
importantes a tener en cuenta es su estado sanitario, reflejado en los
organismos que contiene. En este caso es necesario utilizar índices
bacteriológicos que consideran la proporción de organismos indicadores de
contaminación fecal presentes en las aguas a través de conteos directo de las
poblaciones de coliformes (especialmente Escherichia coli ) y de estreptococos,
y a veces también de otras especies de virus, sulfabacterias, ferrobacterias.
Debido a la gran importancia de estos índices bacteriológicos en cuanto a la
sanidad publica y a la dispersión de enfermedades provocadas por aguas, las
técnicas de aislamiento e investigación de bacterias fecales están muy
desarrolladas y existen métodos automáticos de conteo celular.
Uno de los mayores problemas empleando índices bacteriológicos es el tiempo
que necesitan para obtener resultados, puede tardar varios días y hasta una
semana o mas antes de obtener los grupos de organismos buscados, asimismo
los resultados son difíciles de interpretar, claro esta que las células que crecen
en cultivos son resistentes, pero la pregunta radica en si estas células fueron
activas en el momento del muestreo. Similar problema existe cuando se
emplean conteos directos del número de células bacterianas ya que es difícil y
solo posible con técnicas avanzadas y costosas para distinguir entre células
bacterianas viables o inviables o partículas del mismo tamaño.
2. PROTOZOOS
Al igual que las bacterias, la obtención de muestras es relativamente fácil y su
respuesta a enriquecimiento orgánico es bien conocida. Existe abundante
literatura sobre la posición de estos organismos en el sistema saprobio, pero la
desventaja es que se necesita mucha experiencia en la identificación
taxonómica, también existen dificultades de flotación y hay grandes diferencias
en la composición de sus comunidades en microhabitats, eso quiere decir que
es difícil obtener muestras representativas. El uso de substratos artificiales
puede ayudar a resolver estos problemas pero pueden crear otros problemas
como la interpretación de los datos en el contexto ambiental, ya que la
composición de los substratos puede ser diferente a la del sitio de muestreo.
3. FITOPLANCTON
La importancia de emplear algas como indicadores biológicos se debe a su
relación con la eutrofización. En aguas libres, como de lagos, es el único grupo
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Ruth, Francis y Ariel
de organismos que se puede utilizar par investigar el enriquecimiento orgánico.
La toma de muestras es fácil, pero la obtención de muestras cuantitativas es
difícil especialmente para formas que estén atadas. La tolerancia de las algas a
la contaminación orgánica es muy conocida, sin embargo no son útiles como
indicadores de contaminación por biocidas o por metales pesados.
Existen muchos ejemplos de algas microscópicas para inferir sobre la calidad
de los ambientes acuáticos, estas permiten conocer las fluctuaciones en las
masas de agua, lo que ha permitido trascender en la caracterización de
especies tolerantes o afines a la materia orgánica y en su capacidad de
descomponerla. (Luján, 2000)
Una de las características más importantes de las algas es su capacidad
depuradora del medio ambiente, ya que a través del proceso de fotosíntesis
incorporan oxígeno, contribuyendo de esta manera a la oxidación de la materia
orgánica, por una lado y por el otro a aumentar el oxigeno disuelto en el agua,
el cual será utilizado por las otras comunidades u organismos que componen la
flora y fauna del medio acuático donde viven.
De las microalgas, las diatomeas son preferidas para los monitoreos debido a
que es el grupo autotrófico dominante además de que su identificación es
simple. Las ventajas de su uso es que son cosmopolitas, algunas especies son
muy sensibles a cambios ambientales, mientras que otras muy tolerantes,
algunas son muy sensibles a cambios ambientales por periodos muy largos, el
muestreo es sencillo y rápido, pueden cultivarse para estudiarlas en diseños
experimentales (Toro et al., 2003)
4. MACROFITAS
Las macrófitas comprenden a todas las plantas acuáticas pluricelulares,
incluyen a musgos, hepáticas y fanerógamas, son componentes naturales de la
mayoría de los ecosistemas acuáticos.
Las ventajas del uso de macro fiítas como indicadoras radican en que son
estacionarias y su recolección es fácil debido a su tamaño y ubicación en el
cuerpo de agua (orillas). El muestreo cualitativo de estos organismos incluye
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Ruth, Francis y Ariel
una observación visual y recolección de los tipos más representativos del área
de estudio. La comunidad de macrofitas tienen influencia del clima, la geología
y el tipo de substrato.
5. PECES
Este grupo es el único que es monitoreado fácilmente por el público o grupos
interesados como los pescadores.
Al ser el ápice de la cadena alimentaría, los peces reflejan efectos de
contaminación directa e indirecta, esta ultima por alimentarse de otros peces
contaminados. Sin embargo. Los peces tienen una gran movilidad dentro del
ambiente acuático y pueden escapar de la contaminación y volver cuando las
condiciones hayan mejorado.
El primer sistema multimétrico para conocer la calidad del agua fue desarrollado
para aplicarse en peces y se usó como un modelo para utilizarlo en otros
organismos como los macroinvertebrados (Fore et al., 1996). Los peces han
sido ampliamente utilizados para evaluar la integridad biótica en arroyos y ríos.
En general, los peces son considerados buenos indicadores de la calidad del
medio, por lo que una gran diversidad y abundancia de peces en ríos, lagos y
mares indican que es un ambiente sano para todas las demás formas de vida.
Por el contrario una elevada mortandad o un porcentaje alto de peces enfermos
podrían ser causados directa o indirectamente por niveles considerables de
contaminantes (Huidobro, 2000, in Vasquez et al).
Para considerar a un organismo como indicador biológico, es recomendable
que presente las siguientes características:
• Que sea un organismo relativamente fácil de capturar e identificar.
• Que se disponga de una amplia información sobre las historias de vida
de las especies.
Este grupo muestra ciertas ventajas como herramienta para determinar la
calidad del agua:
• Las comunidades generalmente comprenden una amplia variedad de
especies que representan diferentes niveles troficos, incluyendo especies
que consumen alimentos tanto de origen acuático como terrestre.
• Los peces son los organismos mejor conocidos de habitats acuáticos
• Están presentes en los pequeños cuerpos de agua y aun en aquellos
ecosistemas con ciertos niveles de contaminación.
La presencia de peces carnívoros es otro parámetro indicador de la calidad de
un ambiente. Poblaciones viables y saludables de estas especies indican una
comunidad saludable y diversificada; a medida que la calidad del agua declina,
las poblaciones de peces carnívoros disminuyen o desaparecen. Una
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proporción mayor de 5% de estos individuos indica ecosistemas saludables;
mientras que muestras con menos de 1% de estos organismos indican
condiciones de mala salud del ecosistema (Velazquez y Vega, 2004, in
Vasquez, et al).
Las metodologías de muestreo son muy avanzadas comparadas con la de otros
grupos de organismos y existe una amplia información sobre el tema. Los
métodos basados en la extracción directa de los peces que viven en una zona
intermedia son quizás los más usados en el estudio de los peces de aguas
continentales. En ellos pueden emplearse redes de mano, de formas y tamaños
diversos así como también equipos de pesca eléctrica. (Bervoets, 1996)
La mayor desventaja de emplear peces como indicadores biológicos es que se
necesita mucha mano de obra, además de la dificultad de tomar muestras
cuantitativas en aguas con altas velocidades y profundas.
6. MACROINVERTEBRADOS
Los macro invertebrados comprenden a los animales que en sus últimos
estadios larvarios alcanzan un tamaño igual o mayor a 1mm. Pertenecen a los
siguientes taxa: Insecta, mollusca, oligochaeta, hirudinae y crustácea
principalmente. Algunas desarrollan toda su vida en el medio acuático
(oligochaeta y mollusca), otros, por el contrario, tienen una fase de su ciclo
aéreo.
Cualquier tipo de substrato puede constituirse en hábitat adecuado para estos
organismos incluyendo grava, piedra, arena, fango, detritus, plantas vasculares,
algas filamentosas, troncos, etc.
A consecuencia de su enorme diversidad es probable que algunos de ellos
respondan a cualquier tipo de contaminación.
TAXA RECOMENDADOS COMO INDICADORES
Metcalfe (1994) in Moya (2006) indica que el uso de comunidades de macro
invertebrados bentónicos muestra una clara preferencia en evaluaciones de
salubridad de los ríos, este autor, resume cinco principales razones por los
cuales los macroinvertebrados tienen alta preferencia.
• Las comunidades de macroinvertebrados acuáticos son sensibles a
varios tipos de poluentes, a los que responden de manera rápida.
• La comunidad de macroinvertebrados acuáticos ocupan varios habitats
acuáticos y son relativamente fáciles y poco costosos de colectar
• Los macroinvertebrados son sedentarios, por ello son representativos de
las condiciones locales.
• Tienen ciclos de vida lo suficientemente prolongados como para permitir
un registro adecuado de calidad ambiental.
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•
Son muy heterogéneos, están representados por numerosos taxa y
grupos tráficos, con alta probabilidad de que al menos algunos de estos
organismos reaccionen a un cambio particular de condición ambiental.
El uso de estas comunidades también presenta algunas desventajas:
• Los muestreos cuantitativos requieren de un gran número de réplicas, lo
que puede resultar en problemas de costos y tiempo (gran esfuerzo de
trabajo de laboratorio).
• Pueden existir otros factores independientes a la calidad del agua que
afectan la distribución y abundancia (ejemplo perturbaciones por cambios
de caudales manejados artificialmente, catástrofes naturales por
inundación, etc.)
• Las variaciones estacionales pueden complicar las interpretaciones o
comparaciones.
• La disposición de algunos invertebrados a derivar les proporciona
algunas ventajas sobre aquellos menos móviles.
• Ciertos grupos no son bien conocidos taxonomicamente por carencia de
especialistas locales.
• Los macroinvertebrados bentónicos no son siempre sensibles a ciertas
perturbaciones como patógenos humanos y cantidades traza de algunos
contaminantes (Figueroa, 2004)
METODOS BIOLOGICOS DE EVALUACION DE CALIDAD DEL AGUA
Aun cuando la contaminación del agua es ante todo un problema biológico,
muchos países han dependido esencialmente de parámetros físico-químicos
para evaluar la calidad del agua. Para ello, se han desarrollado numerosos
métodos e índices que tratan de interpretar la situación real, o grado de
alteración de los sistemas acuáticos. Unos se basan exclusivamente en análisis
de las condiciones químicas, que si bien “en principio” son de una gran
precisión, son testigos, de las condiciones instantáneas de las aguas, y los
efectos de los contaminantes se detectan si son dispuestos en el momento. Es
decir, los resultados son puntuales en la dimensión cronológica y no revelan
mucho de la evolución de una carga contaminante y la capacidad resiliente y
amortiguadora de los ecosistemas acuáticos. (Toro, et. al. 2003)
Los llamados índices biológicos informan de la situación tanto momentánea
como de lo acontecido algún tiempo antes de la toma de muestras, es decir, es
como tener información del presente y pasado de lo que esta sucediendo en las
aguas (Alba-Tercedor, 1988).
Tomando en cuenta a los organismos como indicadores de contaminación o
polución se pueden distinguir algunos métodos biológicos para evaluar la
calidad del agua, estos son:
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a) Métodos ecológicos
b) Métodos fisiológicos y bioquímicos
c) Bioacumulación
a) METODOS ECOLOGICOS
Se esta intentando establecer criterios de calidad ecológica, es decir que se
pretende atender no a la cantidad del flujo vertido, sino a sus efectos sobre el
ecosistema. Y desde este punto de vista, los índices de calidad biológica
aparecen como una herramienta de primera magnitud (Alba-Tercedor, 1996).
Son pocos los métodos que analizan la calidad del agua mediante la presencia
o ausencia de especies individuales, en la mayoría de los casos se toma en
cuenta la composición de toda la comunidad acuática o de un grupo
taxonómico determinado como por ejemplo los macroinvertebrados.
Se entiende por comunidad biológica al conjunto de especies que conforman un
hábitat o ecosistema. La diversidad de una comunidad esta en función del
numero de especies e individuos por especie. A menudo, la distribución de los
individuos dentro las especies sigue un patrón definido que consiste en que
pocas especies están representados por muchos individuos mientras que
muchas especies están representados por pocos individuos y algunas especies
son raras; se ha observado este patrón en muchas comunidades naturales. Se
han propuesto modelos matemáticos que describen esta estructura y muchos
autores indican que estas comunidades siguen una distribución lognormal
(Hellawell, 1986).
A través de estos modelos matemáticos, se pueden hacer comparaciones entre
ambientes contaminados y no contaminados. Cuando la comunidad sufre estrés
la abundancia de las especies raras baja, y el de las especies resistentes
aumenta, también se puede ver que algunas especies desaparecen.
Un problema frecuente en los estudios sobre calidad de las aguas consiste en
condensar todos los datos de campo disponibles y presentarlos de forma clara y
concisa, de manera que sean manejables e interpretables, para ello se emplean
índices que relacionan los datos y simplifican su significado, traduciendo la
información contenida en la lista de las especies presentes en valores que
indican el orden o grupo que ocupan las muestras dentro de una escala
establecida. Estos valores son fácilmente graficables y pueden ser manejados
por personas no expertas en el campo de la biología (Goitia)
El análisis de las comunidades requiere utilizar expresiones matemáticas
sencillas empleando para ello datos taxonómicos y de tolerancia, en general se
utilizan tres tipos de índices: índices de diversidad, índices saprobicos e índices
bióticos.
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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Índices de diversidad.- Los índices de diversidad son expresiones
matemáticas que usan tres componentes de la estructura de la comunidad:
riqueza (numero de especies presentes), equitatividad (uniformidad en la
distribución de los individuos entre las especies) y abundancia (numero total de
organismos presentes), para describir la respuesta de una comunidad a la
calidad de su ambiente. La suposición del planteamiento de la diversidad es
que los ambientes no alterados se caracterizan por tener una alta diversidad o
riqueza, una distribución uniforme de individuos entre las especies y una
moderada a alta cantidad de individuos. En ambientes contaminados con
desechos orgánicos degradables, la comunidad generalmente responde con un
descenso de la diversidad con perdida de organismos sensibles, aumento en la
abundancia de los organismos tolerantes las cuales ahora tienen una fuente
enriquecida de alimentos, y por supuesto un descenso de la equitatividad. En
contraste, la respuesta a tóxicos no degradables o polución acida, se traduce en
un descenso tanto de la diversidad como de la abundancia así como en la
eliminación de organismos sensibles, además que no hay fuentes adicionales
de alimento para las formas tolerantes (Metcalfe, 1989)
Los índices de diversidad mas utilizados para medir la calidad del agua son:
1. Índice de Shannon-Wiener, cuya expresión es:
D= -∑ (Ni/N) log e (Ni/N)
2. Índice de Simpson
D= 1-Ni*(Ni-1)
N(N-1)
3. Índice de Margalef
D= S - 1
Log eN
Donde:
D: Valor de la diversidad
N: Número de individuos de la muestra
Ni: Número de individuos de la especies
S: Número de especies
Los índices de diversidad tienen las siguientes ventajas:
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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Ruth, Francis y Ariel
1. Son estrictamente cuantitativos, adimensionales y se prestan para
análisis estadísticos
2. La mayoría son relativamente independientes del tamaño de la
muestra
3. A diferencia del índice saprobico, no se asume la relativa
tolerancia de especies individuales, las cuales pueden ser muy
subjetivas
4. Pueden aplicarse a medidas de biomasa las cuales son menos
laboriosas que los conteos individuales.
Por otro lado, se han hecho las siguientes críticas en contra del uso de los
índices de diversidad:
1. Los valores varían considerablemente dependiendo de la ecuación que
se usa para su calculo, del método de toma de muestras, la amplitud de
la identificación (la diversidad especifica es mayor a la diversidad
genética) y la ubicación y naturaleza del ambiente estudiado.
2. Las escalas no son universalmente aplicables. Por ejemplo no todas las
comunidades pristinas tienen alta diversidad, por lo tanto no es posible
correlacionar ciertos valores con daños ecológicos.
3. En el calculo del índice de diversidad, las especies individuales se
reducen a números anónimos la cual ignora su tolerancia a la polución.
Es importante conocer cuales especies están presentes así como
cuantos. Los valores del índice de diversidad no pueden decirnos si la
comunidad esta compuesta por especies tolerantes o intolerantes
4. La respuesta de una comunidad al incremento de la polución no
necesariamente es lineal, es mas, existe evidencias de que una polución
moderada puede causar un incremento en la abundancia sin exclusiones
de especies.
5. Los índices de diversidad generalmente se han aplicado a escalas de
polución extremas como pristinos vs rio abajo de un efluente.
Índices saprobicos.- El termino “saprobia” significa la dependencia de un
organismo sobre las sustancias orgánicas descompuestas como fuente de
alimento. Este índice parte del hecho de que algunos organismos (protozoos,
bacterias, hongos y algas) desarrollan preferentemente en aguas con presencia
de mucha materia orgánica. Este sistema fue propuesto por Kolkwitz y Marsson
en 1909, constituyéndose en el primer intento para establecer un índice
biológico que refleje los distintos estados de deterioro y progresiva recuperación
de las comunidades de organismos como respuesta al efecto del
enriquecimiento orgánico de las aguas producido por un vertido de esta
naturaleza. El índice saprobico esta basado en la presencia de especies
indicadoras que reciben un valor saprobico dependiente de su tolerancia frente
a la polución; estos valores varían de 0 a 8 o sea de menor a mayor tolerancia.
Conforme a este sistema la calidad del agua se distingue en 10 niveles basados
en parámetros relacionados a la polución orgánica como el DBO, OD y H2S.
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Cuadro Nº1. Calidad del agua según el sistema de saprobiedad (Verbotes, 1996)
NIVEL
S
DESCRIPCION
Catarobica
-1
Aguas puras de ríos de montaña, agua potable
Xenosaprobica
0
Aguas no contaminadas
Oligosaprobica
1
Aguas poco contaminadas
β-mesosaprobica
2
Aguas medianamente contaminadas
α-mesosaprobica
3
Aguas muy contaminadas
Polisaprobica
4
Aguas fuertemente contaminadas
Isosaprobica
5
Aguas de alcantarilla, dominio de ciliados
Metasaprobica
6
Pozos sépticos, zona de H2S, dominio de flagelados
Hipersaprobica
7
Aguas industriales, descomposición fuerte, bacterias
Ultrasaprobica
8
Aguas abióticas no toxicas
Las desventajas de este índice es que:
1. La taxonomía de algunos microorganismos es poco conocida
2. Los limites de tolerancia a la contaminación son muy subjetivos
3. Las listas de las especies no son aplicables a otras regiones geográficas
4. No es aplicable a otro tipo de contaminación
5. El sistema no da información sobre la estructura de las comunidades
(Verbotes, 1996).
Índices bióticos.- Tomando en cuenta las desventajas de los otros índices,
cabe pensar que el mejor método práctico para la determinación de la calidad
biológica de un sistema acuático seria aquel que a partir de una muestra lo mas
completa posible, asocie datos cualitativos y cuantitativos. Así pues, un índice
biótico será una combinación de la diversidad de ciertos grupos taxonómicos y
la tolerancia a la polución en un solo índice o valor (Goitia)
Los índices bióticos clasifican el grado de polución de un ecosistema acuático
mediante la tolerancia o sensibilidad de un organismo a un determinado
contaminante; a los indicadores de una muestra se les asigna un valor de
acuerdo a la tolerancia e intolerancia (algunos índices también le dan valor a la
abundancia), la suma de los valores individuales da otro valor que es la clase a
la que pertenece el lugar muestreado.
Muchos autores han desarrollado diferentes índices especialmente en Europa,
pero para regiones especificas aunque algunos de ellos han sido modificados
para aplicarlos en otras regiones.
TRENT BIOTIC INDEX
Inglaterra
1964
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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Ruth, Francis y Ariel
EXTENDED BIOTIC
INDEX
INDICE BIOTIQUE
Reino Unido
Francia
1978
1968
CHANDLER´S SCORE
INDICE BIOLOGIQUE
DE QUALITE
GENERALE
Escocia
Francia
1970
BELGIAN BIOTIC
INDEX
1982
Bélgica
1983
BIOLOGICAL MONITORING WORKING PARTY
SCORE
Reino Unido
INDICE BIOLOGIQUE
GLOBAL
Francia
1985
1978
MODIFIED BMWP SCORE
Reino Unido
1979
La diferencia entre índice y score es que este último considera a la abundancia.
Los sistemas score demandan más esfuerzo y no son prácticos en su uso, pero
proveen más información.
Red de Control Biológico:
Existen diferentes índices biológicos, que no son sino extrapolaciones a una
escala numérica de la información obtenida en base a este estudio de la
composición y dominancia de especies. El índice IBMWP (Iberian Biological
Monitoring Working Party, está basado en la identificación de familias de
macroinvertebrados bénticos (que habitan el bentos o lecho del río). En este
grupo se incluyen aquellos organismos que en sus últimos estados larvarios
alcanzan un tamaño igual o superior a 3 mm y que pertenecen a los siguientes
taxones:
* Insecta (Plecoptera, Ephemeroptera, Trichoptera, Coleoptera, Megaloptera,Heteroptera,
Odonata y Diptera)
* Crustacea (Amphipoda, Isopoda y Decapoda)
* Aracnida (Hydracarina)
* Mollusca (Gastropoda y Bivalvia)
A cada una de estas familias se les da un valor comprendido entre 1 y 10. El
valor de 1 comprende a familias que tienen sus hábitats en aguas muy
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contaminadas y el valor de 10 a familias que no toleran la contaminación. La
suma de los valores obtenidos para cada familia en un punto nos dará el grado
de contaminación del punto estudiado.
Los criterios de calidades que se siguen para valorar el resultado numérico
obtenido para el índice se resumen en la tabla siguiente:
Escala Índice IBMWP
Clase de Calidad
Puntuación Índice BMWP
Muy buena
> 150
Buena
101-150
Aceptable
61-100
Deficiente
36-60
Mala
< 36
Macroinvertebrados indicadores
Helobdella stagnalis es un anélido hirudíneo que puede
tolerar aguas contaminadas por plaguicidas.
Thiara tuberculata es un organismo que se considera
comocontaminante biológico porque desplaza de su
hábitata otras especies de gasterópodos nativos
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
El megalóptero Corydalus sp. no tolera ningúun tipo de
contaminación, se encuentra en aguas con buena
oxigenación.
Molusco de agua dulce Planorbella trivolvis es un
indicador de aguas contaminadas por desechos
industriales o domésticos.
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El díptero Limnophora sp. es un organismo que tolera
lacontaminación orgánica.
Simulium sp. es un díptero de hábitos filtradores
intolerantea la contaminación.
B) METODOS FISIOLOGICOS Y BIOQUIMICOS
Son métodos basados en respuestas fisiológicas o bioquímicas de los
organismos a un determinado ambiente. Los más usados son:
• Producción y consumo de oxigeno por las comunidades naturales
existentes en el cuerpo de agua.
• Respiración y crecimiento de organismos suspendidos en el agua.
• Estudios sobre efectos de las enzimas.
• Evaluación de los efectos tóxicos o benéficos de muestras sobre
organismos en condiciones definidas de laboratorio (eco toxicidad o
bioensayos).
• Evaluación de los efectos de las aguas y efluentes sobre organismos
definidos.
• Análisis de la clorofila por métodos colorimetritos o espectro fotométricos
Los indicadores bioquímicos de estrés ambiental en macroinvertebrados
bentónicos caen en las siguientes categorías: a) metabolismo energético, b)
actividades enzimáticas, c) contenido de ARN, ADN, aminoácidos y proteínas, y
d) regulación de iones. La mayoría de los estudios se han realizado en la
regulación de iones en los macroinvertebrados, especialmente en lo que
concierne al estrés acido, así, en el cangrejo de rió las concentraciones de Na+
y Cl- en la hemolinfa decrece en respuesta al estrés acido, mientras que las
concentraciones de Ca++ se incrementan, una similar respuesta se ha
observado en bivalvos.
Desde el punto de vista fisiológico, el metabolismo respiratorio, como un
integrador de todas las funciones fisiológicas, es el que ha recibido mayor
atención; se han realizado estudios en laboratorio con el fin de medir los efectos
de sustancias toxicas en la respiración, pero no se tienen relaciones con
mediciones en condiciones naturales.
Pruebas de toxicidad nos dan la concentración media letal de ciertos tóxicos
sobre los organismos y el limite medio de tolerancia de una especie puede
determinarse en función de la letalidad o de otra manifestación de sensibilidad
al toxico, y son útiles en mecanismos de advertencia temprana para las plantas
de abastecimiento de agua potable o para salvaguardar los ecosistemas, los
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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organismos mas usados para estas medidas son los peces, almejas y el
cladocero Daphnia.
Los métodos fisiológicos y bioquímicos han sido experimentados en laboratorio
mediante bioensayos y muy poco se los ha relacionado con experiencias en la
naturaleza, por lo que es necesario hacer comprobaciones en el ambiente
natural para verificar las respuestas obtenidas en el laboratorio. Con esta última
finalidad son más informativas las observaciones de carácter sinecologico
realizadas en el campo (Goitia)
C) BIOACUMULACION
El termino indicador “bioacumulativo” se usa para enfatizar la diferencia entre
un indicador ecológico y un indicador de polución, la presencia o ausencia de
quienes dan una indicación del hábitat o calidad ambiental, y aquellos
organismos que acumulan contaminantes de sus alrededores o a través de sus
alimentos o ambos, los almacenan en sus cuerpos, de manera que cuando los
tejidos se analizan, se puede estimar las concentraciones de esas substancias
en el ambiente (Hellawell, 1986).
El uso de indicadores bioacumulativos tiene mayor ventaja sobre el análisis
directo de los contaminantes en el agua o el sedimento. Podría facilitar el
análisis del contaminante cuando las concentraciones en el agua o los
sedimentos son muy bajos para poder realizar un análisis directo, así mismo el
contaminante se encuentra biodisponible en el tiempo y por lo tanto provee una
medida de la disponibilidad del contaminante.
Los estudios sobre esta forma de bioindicación pueden realizarse basándose
en:
• Bioacumulación de sustancia en los tejidos de los organismos que viven
en el ambiente (monitoreo pasivo).
• Bioacumulación de sustancias en los tejidos de los organismos
deliberadamente expuestos al ambiente (monitoreo activo).
• Observación de cambios histológicos y morfológicos.
• Pruebas de desarrollo embriológico de etapas iniciales de vida.
Hellawell, (1986), indica que los atributos deseables de un bioindicador
acumulador ideal son los siguientes:
• Todos los individuos de una especie indicadora deben tener la misma
correlación entre la concentración del contaminante en sus tejidos y el
promedio de esta concentración en el ambiente, en todos los lugares y
bajo todas las condiciones.
• La especie no debe morir al verse sometido a varios niveles de
contaminación que se encuentra en el ambiente.
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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•
•
•
•
•
El organismo debe ser sedentario para asegurar que este relacionada al
área de estudio.
La especie tiene que ser abundante en todos los lugares y es necesario
que tenga una amplia distribución, para hacer comparaciones entre
áreas.
Se prefiere especies de ciclo de vida largo
Tiene que ser bastante grande para suministrar suficiente tejido para el
análisis.
La especie debe ser de fácil obtención y tiene que ser bastante robusta
para sobrevivir bajo condiciones de laboratorio y para evacuar el
contenido del estomago.
En general, no existen especies que cumplan a cabalidad con todas estas
características, pero si algunas poseen al menos dos o mas de ellas.
Existen varios factores que afectan la eficacia del indicador, estas son:
• Velocidades de acumulación y excreción.
• Condiciones fisiológicas de la especie.
• Edad y tamaño de los indicadores.
• Interferencia entre sustancias.
• Factores ambientales.
La utilización de indicadores bioacumulativos en monitoreos ambientales de
aguas continentales generalmente se hace a través del uso de las macrófitas en
estudios de contaminación con metales pesados y del análisis de peces para
residuos de pesticidas organoclorados.
IV. CONCLUSIONES
De acuerdo a los objetivos trazados para la búsqueda de información respecto
de los indicadores biológicos de la calidad de agua, se ha podido identificar y
describir los principales grupos de organismos indicadores de la calidad de
agua, a su vez se pudo conocer la importancia del uso de estos indicadores
para beneficio humano, en el cual pudimos percibir que los macroinvertebrados
son los mas recomendados por ser un grupo muy heterogéneo que crea la
posibilidad de varias respuestas a diferentes tipos de presiones ambientales, la
vida sedentaria de la mayoría de estas especies hace posible que se realicen
estudios espaciales y sus ciclos de vida relativamente largos, permiten realizar
estudios de variación temporales. Por otro lado la metodología de muestreo de
macroinvertebrados es relativamente fácil y de bajo costo.
En relación a los métodos que existen para la evaluación de la calidad de
aguas, podemos indicar que existen varios métodos, los cuales se aplican de
acuerdo a los objetivos de uso de las aguas
INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA
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Ruth, Francis y Ariel
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