Distribución de elementos traza y materia orgánica en los

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias
1Distribución
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de elementos traza y materia orgánica en los sedimentos del sistema
lagunar Chacahua-Pastoría, Oaxaca.
Distribution of trace elements and organic matter in sediments Pastoría-Chacahua
lagoon system, Oaxaca.
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Elsa Mendoza Amézquita, 1Jens Andreas Seim, 1Lizbeth Contreras Romero, 1Víctor Manuel
Martínez Rodríguez.
Universidad del Istmo Campus Tehuantepec. Ciudad Universitaria S/N Bo. Santa Cruz Tagolaba
4ta. Sección, Sto. Domingo Tehuantepec, Oaxaca, México; tel /fax 01 (971)5224050,
[email protected]
RESUMEN. El objetivo de este trabajo de investigación consistió en determinar la
concentración de elementos traza (zinc, níquel, plomo, cobre, cromo, cadmio, mercurio y
arsénico) y materia orgánica en muestras de sedimentos del Sistema Lagunar ChacahuaPastoría y sus principales afluentes. Se realizaron dos campañas de muestreo (noviembre de
2013 y marzo 2014) en doce estaciones en los sedimentos del sistema lagunar y dos
estaciones en sus principales afluentes: río San Francisco y río Chacalapa. La obtención de
muestras de sedimentos se realizó mediante un nucleador WILDCO K-B y los análisis de
metales se realizaron utilizando la técnica de espectrometría de emisión atómica por plasma
acoplado inductivamente (ICP-OES) con base a los métodos estandarizados de la EPA,
debido a que no existen normas oficiales mexicanas.
Las concentraciones determinadas para: zinc, níquel, plomo, cobre, cromo y arsénico en
sedimentos del complejo lagunar Chacahua-Pastoría y en sus afluentes son inferiores a los
valores guía de Canadá, debido a que México no cuenta con legislación para evaluar la
calidad de los sedimentos marinos. La concentración de cadmio más elevada se determinó
en los sedimentos de la Laguna La Pastoría en donde se encontraron valores de 1.07mgKg-1
(estación LP02), mercurio en este mismo punto fue de 0.83 mgKg-1, sin embargo, estos
valores son inferiores a los catalogados como sedimentos impactados de acuerdo a la
bibliografía.
Recibido: Abril, 2015.
Aprobado: Junio, 2015
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ABSTRACT. The aim of this study was to determine trace element concentration (arsenic,
chromium, copper, lead, mercury, nickel, zinc, cadmium) and organic matter in sediments
of the Chacahua-Pastoria Lagoon and their rivers. Sediment samples were collected during
two field study periods (November 2013 and March 2014) at twelve stations in the
Chacahua-Pastoria lagoon and their principal rivers San Francisco and Chacalapa.
Sediment cores were collected using a WILDCO KB sediment corer. Trace element
concentration were analyzed by Inductive Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry
(ICP-OES) based on EPA standard methods.
The results of the analysis show, that the concentration of arsenic, chromium, copper, lead,
nickel, and zinc in all sediment samples were below the screening levels established by
Canadian sediment quality guidelines for the protection of aquatic life. At present, no such
guideline for marine sediment exists in Mexico.
The highest cadmium and mercury concentration were found at station LP02 in Pastoria
lagoon with 1.07 mgKg-1 for cadmium and 0.83 mgKg-1 for mercury. However, these
concentrations are below the guidelines.
Palabras clave: Chacahua, materia orgánica, metales, sedimentos, Oaxaca
Keywords: Chacahua, organic matter, metals, sediments, Oaxaca
INTRODUCCIÓN
La contaminación en los cuerpos de agua en México cada vez es más grave debido a las
descargas de aguas residuales urbanas e industriales sin previo tratamiento a los cuerpos de
agua, aunque en algunos casos se cuenta con sistemas de tratamiento la mayoría de las
veces son inadecuados, otro factor importante el mal manejo de residuos sólidos urbanos,
ya que gran parte de las ciudades no cuentan con rellenos sanitarios, aunado a las aguas de
retorno agrícola que contienen altas concentraciones de agroquímicos y plaguicidas que
provoca contaminación por metales en el agua y sedimentos.
Los estudios de contaminación por metales y metaloides en sistemas acuáticos son de
interés primordial debido al efecto directo en la flora y fauna, y bajo ciertas condiciones
fisicoquímicas tienden a bioacumularse, sufren cambios durante los ciclos biogeoquímicos,
siendo el agua su principal medio de movilidad (Moalla y col., 1998).
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La contaminación de metales en ambientes acuáticos puede ser estimada analizando su
concentración en la columna de agua, en sedimentos y en organismos marinos (El Nemr y
col., 2012). Tienden a formar asociaciones con sustancias minerales como carbonatos y
sulfatos, además de sustancias orgánicas, mediante fenómenos de intercambio iónico,
adsorción, quelación, formación de compuestos químicos y otros, razón por la cual se
acumulan en los sedimentos de lagos, ríos y mares (Forstner y Wittmann, 1981). La
liberación de metales de sedimentos en los cuerpos de agua está influenciada por factores
como el pH de los sedimentos, potencial redox, así como las características físicas y
químicas de los sistemas acuáticos (Morgan y Stumm, 1991; Uzairu y col., 2009).
El sistema Lagunar Chacahua-Pastoría ha sido investigado por otros autores, un estudio de
la geoquímica de los metales en sedimentos concluyó que está en función de las relaciones
intermetálicas, del porcentaje de materia orgánica y carbonatos (Arcega, 2001). Otra
investigación de los sedimentos de la Laguna de Chacahua indicó que la parte central de la
laguna es especialmente vulnerable al alto potencial de acumulación de contaminantes
debido a las altas concentraciones de materia orgánica y arcillas que es donde podrían ser
adsorbidos los metales pesado (Río y col., 2005). Por último un estudio de simulación de la
circulación en el sistema lagunar Chacahua-Pastoría, indicó que cuando la boca de
Chacahua estaba cerrada, la circulación en esa laguna fue casi nula. Al abrir la boca se
incrementó la circulación; el flujo de los ríos tiende a modificar únicamente el patrón de
corrientes cercano a las zonas de descargas. La circulación residual muestra la existencia de
un flujo neto de agua de Chacahua hacia Pastoría que podría ser la razón por la cual la boca
de Chacahua se cerró en épocas pasadas (Sanday y col., 2006). Aunque en el tiempo que
duró esta investigación ambas bocas tanto de Chacahua como Pastoría se encontraban
abiertas de forma natural.
El objetivo general de esta investigación consistió en determinar la presencia de elementos
traza y materia orgánica en muestras de sedimentos del sistema lagunar Chacahua-Pastoría
y sus principales afluentes.
METODOLOGIA
El Sistema Lagunar Chacahua-Pastoría se localiza en la zona costera del Municipio de San
Pedro Tututepec, Distrito de Juquila, en el Estado de Oaxaca, a 25 km al sur de la cabecera
municipal y aproximadamente a 57 km al sureste de la ciudad de Pinotepa Nacional (ver
figura 1). El Sistema Lagunar está compuesto por la Laguna de Chacahua y La Pastoría,
conectadas entre sí por un canal de 2.9 Km de longitud, con un ancho que varía entre 5 y 10
m y una profundidad de 3m en promedio.
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La cuenca de drenaje del Sistema Lagunar abarca aproximadamente 2,000 km 2 y la
comparte con los ríos Grande, San Francisco y Chacalapa, este último desemboca en la
cabeza lagunar de Pastoría y el San Francisco en la laguna el Palmarito que a su vez
desemboca en la Laguna de Chacahua. En la cuenca de drenaje de este sistema se llevan a
cabo fundamentalmente actividades agrícolas y ganaderas
En la figura 1 se muestran las estaciones de monitoreo en sedimentos realizadas en dos
campañas de muestreo (diciembre de 2014 y marzo de 2015), en donde se ubicaron siete
sitios en los sedimentos de la Laguna Pastoría y cinco en la Laguna de Chacahua. Además
de dos estaciones fluviales una en sedimentos del río San Francisco y otra en el río
Chacalapa, ambos afluentes principales del Sistema Lagunar estudiado.
La obtención de muestras de sedimentos se realizó mediante un nucleador WILDCO K-B
de PVC, las muestras fueron almacenadas en una hielera a 4 °C, se llenaron las cadenas de
custodia y se trasladaron al laboratorio de Oceanografía de la UNISTMO que se encuentra
a 5 hrs. por tierra de la zona de estudio en Santo Domingo Tehuantepec, Oaxaca. Las
mediciones de parámetros in situ: analizadas fueron: pH, temperatura del agua,
conductividad y oxígeno disuelto se realizó mediante equipo portátil de campo HQ40 D
marca HACH y la profundidad mediante ECOSONDA Sonar Dual Frecuency GPSMAP
520s SOUNDER con GPS incluido. Para la medición del caudal de los arroyos, se midió el
caudal mediante un correntómetro portátil FLOW TRACKER de la marca SONTEK, en 18
intervalos.
Figura 1. Ubicación de los sitios de muestreo de sedimentos en las Lagunas de Chacahua y Pastoría
y los arroyos San Francisco y Chacalapa.
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La determinación de % materia orgánica en los sedimentos se realizó de acuerdo con el
método Redox propuesto por Loring y Rantala (1992). Que consiste en la digestión con
dicromato de potasio de la materia orgánica presente en la matriz y posterior valoración del
dicromato en exceso en la muestra utilizando una solución de Fe (III) y difenilamina como
indicador.
Para el análisis de metales en sedimentos se tomó en cuenta la porción inferior a 0.63 µm,
misma que se sometió a digestión de acuerdo al método EPA 3051, la cual consiste en una
digestión ácida de sedimentos con agua regia en horno de microondas MARX PRESS
CEM con potencia de 1 600 Watts, 15 minutos a 160 °C. La determinación de metales se
realizó en un equipo ICP-OES iCAP 6300 Series de la marca Thermo Electron Corpotarion,
utilizando el método de aplicación 40756. La preparación de las curvas de calibración de
metales y metaloides se utilizó soluciones estándar de la marca High Purity Standard y
materiales de referencia certificados CRM-ES Estuarian Sediment Solution.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los contenidos de materia orgánica determinados en los sedimentos del Sistema Lagunar
Chacahua-Pastoría oscilaron de 1.7 % (LP01) a 20.70 % (LP03), la concentración más
elevada de materia orgánica fue de 37.95 % en la estación LCH08, la cual corresponde a la
salida a través del canal, de la Laguna Pastoría y entrada a la Laguna de Chacahua. En la
figura 2, se aprecian los resultados de materia orgánica en muestras de sedimentos. En
ambas entradas del mar a las lagunas las concentraciones determinadas fueron las más bajas
1.5 % en la laguna de Pastoría (estación LP01) y 3.4 % de M.O en la entrada en la Laguna
de Chacahua (LCH12).
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Figura 2. Resultados de la materia orgánica (%) en muestras de los sedimentos del Sistema Lagunar
Chacahua-Pastoría, Oaxaca, México.
Los resultados de metales en sedimentos determinados fueron: <0.0170-9.08 m/kg-1 para
Ni, <1.63-12.86 mgKg-1 para Cu, 0.63-56.07 mgKg-1 para Zn, <0.0149-0.85 mgKg-1 para
As, 0.10-21.57 mgKg-1 para Cr, <0.49-1.07 mgKg-1 para Cd, <0.0157-16.67 mKg-1 para Pb,
<0.077-0.835 mgKg-1 para Hg.
En la figura 3 se puede apreciar que la mayor concentración de cadmio en los sedimentos se
encontró en la estación LP02 (1.07 mgKg-1) seguida de las estaciones LP01 y LP03 en las
muestras obtenidas en la segunda campaña de muestreo, correspondientes a la Laguna La
Pastoría, cuyos valores fueron inferiores a 4.2 mgKg-1 (valor guía canadiense para
sedimentos sobre la cual se pueden presentar efectos biológicos adversos). Además estos
valores son inferiores a lo reportado en sedimentos marinos en lagunas costeras de
Venezuela y Yucatán, México en donde se han determinado valores de hasta 6.92 mgKg-1
de Cd (Fuentes, 2001; Medina y col., 2004). Estos sedimentos presentan elevados valores
de pH, altas concentraciones de materia orgánica en suspensión y alta salinidad, por lo que
estas condiciones geoquímicas no favorecen la movilidad del cadmio y por tanto no existe
riesgo potencial de contaminación por cadmio en la vida acuática de la zona estudiada. Sin
embargo, estas condiciones pueden cambiar en la época de lluvias, o cuando existe una
entrada de agua dulce proveniente del río y podría ser un factor de liberación de este metal.
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Figura 3. Resultados de cadmio (mgKg-1) en los sedimentos del Sistema Lagunar
Chacahua-Pastoría, Oaxaca, México.
El valor máximo encontrado para mercurio se encontró en la estación LP02 (0.79 mgKg-1
en la 1ra. campaña y 0.83 mgKg-1 en la 2da. campaña), sin embargo, estos valores son
menores a los catalogados como impactados por su elevada concentración de mercurio:
3.038 mgkg-1 en el Golfo de Trieste (Covelli y col., 2001) o la bahía de Minamata en el
Mar de Yatsushiro en Japón, cuyos sedimentos alcanza 3.460 mgKg-1 (Tomiyasu y col.,
2000). Debido a las condiciones reductoras o anóxicas de los sedimentos estudiados
podrían formarse complejos estables con el ion sulfuro, disminuyendo con ello su potencial
de solubilidad y biodisponibilidad. Sin embargo dada la toxicidad del mercurio, es
importante darle seguimiento a las investigaciones geoquímicas del Hg en los sedimentos
del Sistema Lagunar Chacahua-Pastoría.
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Figura 4. Resultados de mercurio (mgKg-1) en los sedimentos del Sistema Lagunar
Chacahua-Pastoría, Oaxaca, México.
Las mayores concentraciones tanto de Cd como Hg fueron determinadas en la estación
LP02, cabe resaltar que este punto está muy cercano al poblado el Zapotalito en donde se
ha detectado la quema de residuos sólidos urbanos por lo que podría ser una de las posibles
fuentes de estos metales.
CONCLUSIONES
Se determinó el caudal de los ríos el día 12 de diciembre de 2013, obteniéndose un caudal
de 2.10 m3s-1 para el río San Francisco y 1.37 m3s-1 para el río Chacalapa, ambos
escurrimientos de carácter intermitente desembocan actualmente en la Laguna La Pastoría.
Para nuestro estudio son mediciones puntuales, que sirven de referencia.
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Las concentraciones de zinc, níquel, plomo, cobre, cromo y arsénico en sedimentos del
Sistema Lagunar Chacahua-Pastoría son inferiores a los valores guía para evaluar la calidad
de los sedimentos marinos por lo que se concluye que no existen riesgo de presentar efectos
biológicos adversos.
La concentración de cadmio más elevada 1.07 mgKg-1 se determinó en la Laguna La
Pastoría (estación LP02), seguido de las estaciones LP01 correspondientes a la 2da.
Campaña de muestreo en la Laguna La Pastoría, valores que fueron inferiores a los valores
Guías de Calidad Ambiental Canadiense para sedimentos marinos (4.2 mgKg-1).
El valor máximo encontrado de Hg se encontró en la estación LP01 (0.79 mgKg-1 para la
1ra. campaña y 0.83 mgKg-1 para la segunda), sin embargo, estos valores son menores a los
catalogados como impactados por su elevada concentración de mercurio (3.038 mgkg-1 en
el Golfo de Trieste y 3.460 mgKg-1 en sedimentos bahía de Minamata). Además de que las
condiciones reductoras o anóxicas de los sedimentos estudiados se espera que se formen
complejos estables con el ion sulfuro, disminuyendo su solubilidad y biodisponibilidad.
Las mayores concentraciones tanto de Cd como Hg fueron determinadas en la estación
LP02 en la Laguna La Pastoría, cabe resaltar que este punto está muy cercano al poblado el
Zapotalito en donde se ha detectado la quema de residuos sólidos urbanos por lo que podría
ser una de sus posibles fuentes.
AGRADECIMIENTOS
A la Comisión Nacional del Agua y a la Gerencia de Calidad del Agua de la CONAGUA
por el financiamiento para el desarrollo del proyecto N° CNA-SGT-GCA-42/2013.
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