Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas

Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas andinas con impactos mineros
PROPUESTA DE MONITOREO AMBIENTAL MULTIDISCIPLINAR EN
CUENCAS ANDINAS CON IMPACTOS MINEROS
Línea Temática III: Investigación y Compromiso Social
Marco Sánchez Peña 1, Guillermo Tirado Sarmiento2, Consuelo Plasencia Alvarado 3, Nuria Boix
Sabria4, Elena Rumi Carrera4, Marta Barenys Espadaler5 y Cristina Yacoub López6
(1) Referencias autor1: Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional de Cajamarca, Perú, [email protected]
(2) Referencias autor2: Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional de Cajamarca, Perú, [email protected]
(3) Referencias autor3: Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional de Cajamarca, Perú, [email protected]
(4) Referencias autor4: GRET-CERETOX y Unidad de Toxicología, Departamento de Salud Pública, Facultad de Farmacia, Universidad
de Barcelona, España, [email protected]
(5) Referencias autor5: GRET-CERETOX y Unidad de Toxicología, Departamento de Salud Pública, Facultad de Farmacia, Universidad
de Barcelona, España. IUF-Leibniz Research Institute for Environmental Medicine, Modern Risk Assessment and Sphere Biology
Department, Düsseldorf, Alemania, [email protected]
(6) Referencias autor6: Instituto de Sostenibilidad y Departamento de Ingeniería Química, Universitat Politècnica de Catalunya,
Barcelona, España, [email protected]
RESUMEN
En la región andina, los conflictos socio-ambientales son actualmente una fuente de preocupación. Especialmente los
conflictos centrados en la calidad del agua en zonas cercanas a actividades mineras. En este sentido, son necesarios mayores esfuerzos en la región para la gestión de los ecosistemas acuáticos y los impactos y presiones que pueda ocasionar
la minería. Con el objetivo de poder proteger los ecosistemas acuáticos, garantizar su utilización de forma sostenible,
prevenir los impactos que en ellos pueden ocurrir y las presiones que estos impactos generan, los ecosistemas acuáticos se
deben gestionar de manera que la degradación ambiental no ocurra y que la sostenibilidad sea mantenida, o en caso
necesario, restaurada.
Al evaluar la calidad de los sistemas acuáticos, se deben considerar todas sus matrices, incluyendo elementos biológicos,
hidro-morfológicos y fisicoquímicos. Siguiendo estos principios, en este trabajo se ha implementado un monitoreo ambiental en una zona cercana a actividades mineras en la región andina. Este monitoreo ambiental está integrado por monitoreos de agua, de sedimentos en los cuales se realizan tests fisicoquímicos y ecotoxicológicos y monitoreos de macroinvertebrados y vegetación de ribera.
Palabras clave: minería, ecosistemas, macroinvertebrados, ecotoxicidad, monitoreo ambiental
PROPUESTA DE MONITOREO AMBIENTAL MULTIDISCIPLINAR EN CUENCAS
ANDINAS CON IMPACTOS MINEROS
1.- Introducción
El presente proyecto es un trabajo de investigación aplicada, que se basa en el desarrollo de monitoreos
participativos para evaluar la calidad de los sistemas acuáticos con la finalidad de que sean una herramienta
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adecuada para su preservación. La investigación se lleva a cabo en la cuenca del Jequetepeque en la región de
Cajamarca, al norte del Perú. Este trabajo es una primera aproximación al objetivo global del proyecto que es
desarrollar un índice de calidad para el conocimiento del estado ecológico de los sistemas acuáticos. Siendo éste
un índice que pueda ser utilizado como herramienta de vigilancia por parte de la población afectada, en el caso
presente principalmente población rural. Para ello, se ha trabajado analizando el estado de los sistemas
acuáticos a partir de distintas componentes: físicoquímicas, biológicas y ecotoxicológicas, con el objetivo a
largo plazo de que todas ellas contribuyan a la creación del índice de calidad.
Al evaluar la calidad de los sistemas acuáticos cercanos a emplazamientos mineros, es importante abordar
el problema desde una perspectiva integral. Por este motivo, es necesario trabajar con indicadores analíticos a la
vez que con indicadores biológicos o funcionales para poder evaluar la calidad del sistema acuático y
especialmente para evaluar los impactos en la biodiversidad (EEA 2012). Es de especial interés realizar estos
estudios en las partes altas de las cuencas, ya que el buen estado de los sistemas acuáticos de la parte alta es un
requisito indispensable para el buen estado del resto de la cuenca. En consecuencia, se ha trabajado con
indicadores químicos, ecotoxicológicos y de biodiversidad, que fueran adecuados para definir el estado de los
sistemas acuáticos teniendo en cuenta la problemática minera. Los datos obtenidos y la metodología
implementada serán de utilidad para poder ejercer una vigilancia crítica tanto desde las comunidades afectadas
como desde el gobierno regional.
El diseño, metodología y desarrollo de la investigación se basa en la idea de que organizaciones y grupos
de usuarios puedan acabar aplicando una metodología sencilla y de bajo coste para la definición del estado de
calidad de sus ríos en una región con una gran problemática ambiental. Cabe destacar que Cajamarca es una
región referente en la problemática minero-ambiental en la zona Andina, tanto por la histórica conflictividad
social entre campesinos y mineros como por la presión actual en la región debido a la gran cantidad de
concesiones mineras. La cuenca del Jequetepeque, por ejemplo, tiene concesionado el 36,8% de su territorio
(CARE et al., 2007), incluyendo precisamente en el territorio concesionado, la cabecera de la cuenca, que es la
zona más vulnerable en términos ecológicos (Buytaert et al., 2006). En este contexto, se considera que la
investigación tiene el rol de contribuir a mejorar los procesos de gestión del recurso hídrico en la cuenca del
Jequetepeque, y como caso piloto, en la región de Cajamarca.
La importancia del análisis de sedimentos se basa en que, a largo plazo, dan mayor información que los
análisis de agua sobre el estado de la calidad de la cuenca en el caso de contaminación por elementos traza.
Además, los elementos traza suelen ser transportados en el río a través de la fase sólida y se acumulan en forma
de sedimentos en los márgenes o zonas de sedimentación donde pueden quedar retenidos en el mismo o
movilizados mediante diferentes mecanismos biológicos y químicos. Es necesario resaltar que puede haber
zonas de degradación ambiental en lugares donde los criterios de calidad del agua no son excedidos, pero donde
los organismos en contacto o dentro de los sedimentos pueden ser adversamente afectados.
Los métodos de extracción secuencial en diferentes etapas (SES) permiten caracterizar las formas químicas
en las cuales los elementos traza están presentes en los sedimentos y cuantificar la asociación de los elementos
traza con cada una de estas fases. De este modo, se aporta información acerca de la movilidad, disponibilidad y
persistencia de los elementos traza como contaminantes. En este trabajo se ha utilizado la digestión por
microondas para el análisis del contenido total de elementos traza en los sedimentos. Para la cuantificación de la
fracción móvil de los elementos traza, es decir, aquella fracción que sería biodisponible, se ha considerado el
método BCR (Community Bureau of Reference, ahora Standards, Measurements and Testing Programme,
SM&T) como el más adecuado, ya que se ha descrito como un método que permite analizar el riesgo ambiental
debido a las actividades mineras (Pérez-López et al., 2008; Andrade et al., 2010). La importancia de dichos
estudios reside en que ofrecen la posibilidad de obtener una mejor evaluación de la degradación ambiental
causada por los elementos traza frente a los estudios de analíticas de aguas.
Analizar las muestras de sedimentos para obtener información sobre la fracción móvil de los elementos
traza es importante en estudios de impacto ambiental. Sin embargo, para obtener resultados que realmente
reflejen la ecotoxicidad de las muestras de sedimentos es recomendable añadir a las analíticas químicas,
bioensayos en condiciones controladas de laboratorio. En este sentido, los bioensayos de ecotoxicidad permiten
obtener datos más representativos de la exposición natural a los contaminantes presentes en el medio y que
tienen en cuenta que pueden existir efectos aditivos entre ellos.
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Existen diferentes bioensayos para evaluar la ecotoxicidad de muestras ambientales (Alvarenga et al.,
2008). En este caso se eligió el test de toxicidad aguda en gusanos de tierra (Eisenia fetida) por ser un test que
permite evaluar los efectos ecotoxicológicos de los sedimentos directamente sobre los macroinvertebrados sin
necesidad de preparar lixiviados de las muestras. En este sentido, está considerado como un “bioensayo directo”
y ha sido previamente utilizado para evaluar la calidad de sedimentos contaminados por actividades mineras
(Alvarenga et al., 2008). Sin embargo, este test no está considerado entre los tests más sensibles (Alvarenga et
al., 2008) ya que solamente evalúa la mortalidad de los gusanos de tierra, y al ser este el único punto final del
ensayo, no permite obtener información sobre el potencial tóxico de los sedimentos en condiciones subletales.
Por este motivo, y debido a que la exposición a elementos pesados produce genotoxicidad (Beyersmann y
Hartwig, 2008), se añadió a la batería de bioensayos, el test de Comet o Single Cell Gel Electrophoresis (SCGE)
en células de los gusanos expuestos a los sedimentos de estudio. Este test, ha sido descrito como un método
sensible para evaluar el daño genético (Cotelle et al., 1999), y se puede realizar directamente sobre los mismos
gusanos de tierra expuestos a los sedimentos en el test de toxicidad aguda. De esta forma, los gusanos de tierra
fueron expuestos 28 días a las muestras de sedimentos durante los cuales se evaluó semanalmente la mortalidad,
y finalmente, se realizó el test de Comet en los individuos supervivientes para evaluar el daño en el ADN.
A parte de realizar ensayos en laboratorio con macroinvertebrados, en este caso gusanos de tierra, se
considera de especial interés observar los efectos reales sobre la población de macroinvertebrados in situ. Por
ello, a nivel ecológico, se ha realizado un estudio basado en bioindicadores de la zona, evaluando el estado
referencial (línea base) de la cuenca a nivel de biodiversidad de macroinvertebrados y estado del hábitat y de la
vegetación de ribera. Este estudio se ha realizado siguiendo las directrices marcadas por el índice CERA
desarrollado por Acosta et al. (2009). En este caso, los macroinvertebrados constituyen un buen indicador del
estado del agua, ya que se trata de un indicador sencillo y de bajo coste en comparación con los análisis
físicoquímicos de aguas y/o sedimentos.
Finalmente, se espera que los resultados del presente trabajo se constituyan como la base sólida para
validar una metodología replicable en la región y en el Perú. El interés de aplicar esta metodología en otras
regiones del país es alto, ya que la problemática ambiental de Cajamarca es extrapolable a la zona norte del país
y a toda la cordillera andina. El establecimiento de una metodología como la propuesta en este trabajo,
fortalecería el programa de vigilancia de los Gobiernos Regionales y de las poblaciones afectadas por
actividades mineras.
2.- Material y métodos
Con el objetivo de poder definir el estado de calidad de los ríos cercanos a emplazamientos mineros en la
región de Cajamarca, se diseñaron diversos monitoreos de sedimentos y de macro-invertebrados (Yacoub y
Miralles, 2011).
La metodología propuesta se basó en cuatro etapas: el muestreo de sedimentos y macro-invertebrados en
la zona seleccionada, el análisis de la movilidad de los sedimentos, la evaluación ecotoxicológica de las
muestras de sedimentos seleccionadas y el desarrollo de un índice de calidad del agua en ríos andinos (sobre los
2.000 metros sobre el nivel del mar, msnm) en relación a la contaminación minera.
2.1. Recogida de muestras
Se recogieron muestras de sedimentos y de macro-invertebrados en diferentes puntos de la cuenca del río
Jequetepeque, Dentro de la cuenca se seleccionaron 3 subcuencas de interés, que se identificaron con las letras
R (Subcuenca Rejo), T (Subcuenca Alto Jequetepeque) y Ll (Subcuenca Llapa). Dentro de cada subcuenca se
identificaron diferentes puntos de muestreo, en total se seleccionaron 15 puntos para el monitoreo de sedimentos
y 7 puntos para el monitoreo ecológico y cada punto se identificó con un número (Figura 1). Las muestras
fueron recogidas en siete campañas, que se efectuaron en noviembre 2008, junio y noviembre 2009 y julio 2010
para las muestras de sedimentos y en julio 2010 y 2011, enero y marzo 2012 para las muestras de macroinvertebrados. Las diferentes campañas en las que se recogieron las muestras, se indicaron con un número
precedido de un guión (1= noviembre 2008, 2= junio 2009, 3=noviembre 2009, 4= julio 2010, 5= julio 2011, 6=
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enero 2012 y 7=marzo 2012). Así por ejemplo, una muestra recogida en la subcuenca del Rejo, en el punto 4 en
junio de 2009 se indicaría como R4-2.
La recogida de muestras de sedimentos se realizó en varias partes de un mismo punto del río y su posterior
homogeneización De esta manera se consiguió una mayor representatividad de la distribución espacial de la
muestra, así como una mayor heterogeneidad de la calidad de sedimento. Adicionalmente, como control de
calidad en el proceso de toma de muestras y de transporte hasta el laboratorio se recogieron un 10% de réplicas
de campo tanto de agua como de sedimentos (Yacoub y Miralles, 2011).
Figura 1.- Mapa de los puntos de muestreo de sedimentos y de macroinvertebrados del estudio. En el centro de
la figura, se puede observar la cuenca Jequetepeque, de la que se señalan las diferentes subcuencas en las que se
recogieron muestras, Llapa, Rejo y Alto-Jequetepeque. Los puntos de muestreo están representados con una
letra correspondiente a la subcuenca del río y con un número correspondiente al punto de muestreo
Para las mediciones de los parámetros físico-químicos y la toma de muestras de macro-invertebrados se
realizaron en puntos representativos de los tipos de hábitats presentes en la zona de estudio. El proceso
metodológico, comprendió las siguientes fases:
Fase de gabinete: En instalaciones de la Universidad Nacional de Cajamarca:
Planificación de actividades de muestreo y coordinación
Procesamiento de los registros obtenidos e interpretación de resultados.
Elaboración de listados, hojas de cálculo, gráficos e informes.
Fase de campo: Se desarrolló en las estaciones de muestreo y de referencia.
Para el análisis fisicoquímico: temperatura, pH, conductividad eléctrica, se usó un equipo multi-parámetro.
Se utilizó la misma técnica de recolección en todas las áreas seleccionadas, que comprendió:
1. Seleccionar la estación de muestreo
2. Identificación de la estación de muestreo (nombre, código, fecha, hora)
3. Toma de muestras (Físico-química del agua, Hábitat, Vegetación de ribera, Macro-invertebrados)
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2.2 Análisis de elementos traza en sedimentos
Debido a que las muestras de sedimentos de las zonas estudiadas no contenían elevadas cantidades de
materia orgánica (que podría producir sobrepresión durante la digestión) se decidió digerir de muestra. Para el
análisis de la concentración total de elementos traza en la muestras de sedimentos se utilizó el método de
digestión por microondas. La temperatura, la potencia y el tiempo de la digestión implementadas se
desarrollaron según las instrucciones del método 3052 de la EPA y las instrucciones del microondas (Berghoff
MWS-2) (Yacoub et al., 2013).
Con el objetivo de cuantificar la fracción móvil de la muestra de sedimentos se utilizó el método de la
extracción de tres etapas BCR (Community Bureau of Reference, conocido actualmente como Standards,
Measurements and Testing Program, SM&T). Este método divide el contenido total en sedimentos de cada
metal analizado en tres fases (de mayor a menor movilidad): la de iones intercambiables y carbonatos, la
asociada a los óxidos de Fe y Mn y la ligada a la materia orgánica. En el laboratorio, los sedimentos se
analizaron como una sucesión de agentes extractantes de agresividad creciente utilizados en diferentes etapas
para la extracción de los elementos traza en cada fase. La cuarta fase, la residual, se calculó mediante la resta
entre la concentración de metal total obtenida en la digestión y la suma de las tres etapas de la extracción
(Yacoub et al., 2012, 2013).
2.3- Test de supervivencia en Eisenia fetida
Se realizó el test de supervivencia en Eisenia Fetida (OECD Guideline 207, 1984) con modificaciones. Se
cultivaron gusanos de peso inicial entre 250 y 500 mg, siguiendo la proporción de 1 individuo por cada 40 g de
muestra de sedimentos. El ensayo se realizó en contenedores de material inerte, con la tapa translúcida y
perforada. La duración del ensayo fue de 28 días, durante los cuales se mantuvo la temperatura a 20 ± 2ºC y la
humedad del sustrato al 40-60%. Dos veces por semana, se corrigió la humedad añadiendo agua desionizada.
Una vez por semana se añadían 2 g de alimento por individuo a cada muestra. El alimento consistía en una
mezcla de heces de vacas y caballos no tratados con productos veterinarios. Se registraba el peso de los gusanos
y se evaluaba la supervivencia.
2.4- Test de Comet
Se realizó el test de Comet en celomocitos de los gusanos utilizados en el test de supervivencia siguiendo
el protocolo de la ASTM International (ASTM E2186-02a, 2010), con modificaciones.
El día 28 de cultivo, se obtuvieron los celomocitos de los gusanos siguiendo el método de extrusión no
invasiva descrito por Eyambe et al., 1991, con modificaciones. Cada individuo se lavó en solución salina y se
realizó un vaciado del contenido intestinal. Para la obtención de la suspensión de celomocitos, los individuos se
colocaron en la solución de extrusión durante 3 minutos y se retiraron. La solución restante, se centrifugó, se
extrajo el sobrenadante y se le añadió solución salina. Se volvió a centrifugar la solución, se decantó el
sobrenadante y se resuspendió el precipitado con una solución de agarosa al 1% a 40ºC. Se extendió la
suspensión celular sobre portaobjetos previamente recubiertos con agarosa y se cubrieron con cubreobjetos.
Una vez solidificada la agarosa, se retiraron los cubreobjetos y se realizó una lisis alcalina durante 2 horas,
mediante una solución que contenía el detergente iónico Laurylsarcosine. Se realizó una electroforesis alcalina a
4°C, 25 V y 300 mA durante 20 minutos y se realizaron lavados de las muestras con solución de Tris. El día de
la evaluación, los portaobjetos se hidrataron con agua milliQ, se tiñeron con DAPI y se evaluaron mediante la
observación en un microscopio de fluorescencia. Las muestras evaluadas fueron analizadas mediante el
programa CometAssay IV.
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2.5- Análisis estadístico
Los resultados del test de Comet se evaluaron estadísticamente utilizando en primer lugar el test de Bartlett
para comprobar la homogeneidad de la varianza entre grupos. Seguidamente se compararon los valores
utilizando el test de ANOVA y finalmente el test de Bonferroni.
2.6- Protocolo CERA
La recogida de las muestras de macroinvertebrados se llevó a cabo mediante redes tipo D-net de 250 μm.
En los diferentes puntos de muestreo, se seleccionaron tramos de 100 m lineales y se identificaron los diversos
multi-hábitats del río. A continuación, se colocó la red en contra de la corriente del río y se agitó durante 30
segundos con la ayuda de la mano o el pie. Las muestras recogidas se trasladaron a una bandeja donde se
eliminaron los cantos rodados y los objetos de gran tamaño. Las muestras de macroinvertebrados se
almacenaron en alcohol 80%, se rotularon y fueron transportadas al laboratorio en bolsas zip lock.
Las muestras fueron analizadas mediante un microscopio estereoscopio con aumentos de 0.5X hasta 90X. Se
identificaron los organismos mediante su clasificación taxonómica y estos fueron preservados en una solución
de alcohol y formol en recipientes rotulados para la conservación de la colección. Se valoraron las especies bioindicadoras de la calidad ecológica de los ríos siguiendo el protocolo CERA. Este es un protocolo inspirado en
el Protocolo Guadalmed (Jaime-Cuellar et al., 2002), y diseñado ex profesamente para ríos alto andinos, por
encima de los 2000 metros sobre el nivel del mar (msnm). Requiere la identificación de estaciones de referencia,
que son definidas como el estado previo a las perturbaciones humanas o el estado sin influencias que hayan
alterado de manera significativa las características naturales de un río.
Las condiciones de referencia se establecieron mediante la evaluación de cuatro 4 parámetros que recibieron una
puntuación máxima de 120 y una mínima de 24. Las condiciones de referencia se establecieron para cada tipo
de río. Para ser considerado como estación de referencia, cada río debía tener una puntuación superior a 100 y
cada apartado debía tener una puntuación mayor o igual a 20. Las condiciones de referencia debían establecerse
para cada tipo de río (Acosta 2005; Acosta et al., 2009).
La evaluación de la calidad de los ríos a través de las estaciones de referencia se realizó mediante tres índices
(Acosta et al., 2009):
Índice (IHF) Evalúa la heterogeneidad del hábitat fluvial del cauce del río.
Índice de Bosque de Ribera (QBR – And) Índice integrado de la estructura de la ribera o de las
características hidromorfológicas.
Índice Biótico Andino (ABI). Este Índice realiza una evaluación cualitativa de los
macroinvertebrados. Se obtuvo una puntuación global del punto de muestreo mediante la suma de
las puntuaciones parciales obtenidas para cada familia de macroinvertebrados identificada en cada
punto.
3.- Resultados y Discusión
3.1 Análisis de elementos traza en sedimentos
Los resultados del análisis del contenido de elementos traza en los 15 puntos de muestreo se agrupan en la
Figura 2, donde se muestran las concentraciones máximas encontradas. En general, los elementos traza
presentan un promedio regular a lo largo del tiempo, a excepción del Pb y Hg que presentan un aumento en la
tercera campaña, en época de estiaje.
Se observa que Cd y Zn presentan tendencias similares, con máximos de concentración en R1 (tanto en la
segunda y como la tercera campaña) y dos picos relevantes en los puntos R1 y R2 de la cuarta campaña. El Pb y
As tienen su máximo en R0 (únicamente monitoreado en la tercera campaña) y los picos más importantes en R1
y Ll5 (segunda y tercera campañas respectivamente). El Cu presenta máximos en Ll4, Ll5 y R0. Fe presenta su
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máximo de contenido en Ll5, aunque muestra valores altos en todos los puntos de Llapa en todas las campañas y
tiene un pico destacable en T1 en la cuarta campaña de monitoreo. Finalmente, Cr, Ni y Al muestran valores
bastante constantes a lo largo de la cuenca y de las campañas, de modo que no tienen picos destacables.
Figura 2.- Concentración máxima promedio
de los elementos traza en tres campañas de
monitoreo determinada por análisis de digestión de
microondas.
Figura 3.- Movilidad promedio para cada
elemento traza según la extracción BCR en tres
campañas de monitoreo
Las concentraciones de elementos traza en los puntos monitoreados muestran concentraciones superiores
en puntos cercanos a zonas mineras a lo largo de las campañas monitoreadas. Esto coincide con investigaciones
previas realizadas en la zona, donde los puntos más contaminados eran los más cercanos a emplazamientos
mineros (Yacoub et al., 2012).
La especiación realizada con las muestras de sedimentos se encuentra representada en la Figura 3. Se
puede observar la proporción de los elementos traza en sedimentos según las etapas de la extracción secuencial.
Debe tenerse en cuenta que porcentajes mayores del 10% significan riesgos de contaminación moderados,
mientras que superar el 30% representa un riesgo de contaminación muy alto para el medio ambiente
(Villalobos-Castañeda et al., 2011).
La primera etapa o fracción soluble en ácidos, que corresponde a los iones intercambiables, contiene los
elementos que precipitan o co-precipitan con los carbonatos. Es la etapa más inestable y se considera un
indicador del depósito del elemento traza y por tanto, de contaminación potencial. El Cd y Zn son los elementos
traza con mayor presencia en la primera etapa (sobre el 60 y 20% respectivamente), mientras que Cu y Ni
presentan valores mayores al 10%.
La segunda etapa está asociada a los elementos ligados a los oxi-hidróxidos de Fe y Mn, que son liberados
debido a su inestabilidad en condiciones reductoras. En este caso, Cu y Cd presentan porcentajes mayores al
20%, mientras que se obtienen valores de Zn, Pb y Ni mayores al 10%.
La tercera etapa o fracción oxidable es la ligada a los elementos asociados a la materia orgánica que
pueden ser movilizados por los procesos de descomposición. Los elementos ligados a los sulfuros pueden ser
extraídos en esta fracción. En este caso, el Cu es el único elemento traza que supera el 20% en esta etapa,
mientras que Zn, Cr, Cd, Hg y Ni superan el 10%.
Al, Fe, Cr, Pb y As son los analitos con más de un 80% en la cuarta etapa, que es considerada la etapa fija,
de modo que no se consideran un riesgo para el medio ambiente por estar fijados en la matriz del sedimento.
En general, los sedimentos analizados muestran bajas concentraciones de Al, Fe, Cr, Pb y As y con baja
movilidad y, por lo tanto, se considera que no son especies que pongan en riesgo el medio ambiente. El Cd y Zn,
son los elementos traza más móviles y con mayores concentraciones cerca de emplazamientos mineros. Por
tanto, se atribuyen a las actividades mineras realizadas en la cuenca hidrográfica estudiada y con un riesgo serio
de contaminación al medio ambiente. Se encuentran picos de Cu y Ni en R1 y Ll4 principalmente siendo un
riesgo para el medio ambiente por su movilidad. Por otra parte se han obtenido picos de contaminación para el
As y el Pb cerca de zonas mineras. Aunque la concentración se encuentra principalmente en la fracción residual,
y en menor proporción en la fracción encontrada en la segunda fase.
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3.2- Test de supervivencia en Eisenia fetida
El test de supervivencia en Eisenia Fetida se realizó en 15 muestras de sedimentos, 5 pertenecientes a la
sub-cuenca de Alto Jequetepeque cercano a la población Tembladera (Zona T), 4 pertenecientes a la sub-cuenca
del Rejo (Zona R) y 6 pertenecientes a la sub-cuenca Llapa (Zona Ll). Todos los individuos sobrevivieron a los
28 días de exposición excepto uno expuesto al sedimento R2-4 y dos expuestos al sedimento T5-2. Sin embargo,
las muestras de Ll3-3, Ll4-3, Ll5-3 y R3-3 solamente están formadas por uno o dos individuos y por lo tanto, la
información obtenida en estos puntos no se considera representativa. Debido al bajo número de individuos en
algunos puntos de muestreo concretos, los resultados no se expresan según punto de muestreo, sino que se
presentan según zona de muestreo incluyendo todos los individuos de cada zona y superando así, un mínimo de
10 individuos por zona.
3.3- Test de Comet
Se realizó el test de Comet en celomocitos en los gusanos supervivientes al test de toxicidad aguda. El
grupo de individuos expuestos a sedimentos de la Zona T (n=29) presentó un valor medio de porcentaje de daño
en el ADN comparable al control histórico (8%). El valor medio del test de Comet de los individuos expuestos a
los sedimentos de las zonas R (n=10) y Ll (n=16) fue superior al del control histórico, y superior de forma
estadísticamente significativa respecto al valor obtenido en la Zona T (p<0,01), ver figura 4. No se observaron
diferencias entre las medias de daño en el ADN de los individuos de las zonas R (16%) y Ll (16%), que fueron
1.45 veces superiores que la media observada en los individuos de la zona T (11%).
Figura 4.- Gráfico de cajas representando el porcentaje de daño en el ADN de los grupos de individuos de
Eisenia fetida expuestos a muestras de sedimentos de las Zonas T (Tembladera), R (Rejo) y Ll (Llapa). La
marca horizontal con el eje en el 8% representa el valor del control histórico. En el gráfico, las cajas centrales
cubren los valores centrales de la mitad de los individuos; las líneas que se extienden más allá de las cajas
cubren los valores máximos y mínimos por grupo; la línea central de cada caja indica la mediana y el signo más
(+) indica la media de cada grupo. **: p<0,01.
3.4 Análisis CERA
En la Tabla 1 se observa q los valores de temperatura varían de 8,8 a 14,5 ºC, en función de la hora del
muestreo y de las altitudes y de las épocas del año. Respecto al pH, los valores son ligeramente alcalinos,
siendo el punto más alto 10.22 en la estación LL5 (donde inclusive se observa una coloración anaranjado
intensa del agua (ver figuras 5 y 6). Además en esta estación se observa que las fluctuaciones de pH y
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conductividad varían de la mañana a la tarde de ácido a básico (de 6,28 a 10,22) corroborado por diversas
repeticiones del muestreo.
En conductividad el valor más bajo corresponde a LL1 con 33 µS/cm y la más alta es 1568 µS/cm en LL5,
en términos generales la conductividad es alta en los puntos de control LL5, LL3, R1, R2; lo que evidencia
cierto nivel de alteración ambiental. Estas estaciones se encuentran en una zona de influencia minera. Sobre los
valores de oxígeno disuelto, la mayoría se encuentra cercana a los valores óptimo excepto en LL5, que tiene un
valor 4,70 mg/L que representa valor no apropiado para la vida acuática.
Asimismo en la Tabla 1, se observa que las condiciones de referencia en su mayoría son buenas para
todas las campañas, salvo las que se indican en color rojo que son valores irregular ya que se encuentran por
debajo de 100 puntos, es decir, no son condiciones de referencia pero si de control. Lo que permite que las
estaciones LL1, LL4 y R3 sean de referencia y las estaciones R1, R2, LL3 y LL5 sean de control (es decir son
estaciones influenciadas por actividades mineras).
El Índice IHF para la mayoría de las estaciones va de regular a bueno a excepción de una campaña de LL4
y dos de LL5, lo que se evalúa como a mayor diversidad de IHF mayor diversidad de organismos el análisis es
sobre la estructura del tramo y por lo tanto actúa como un indicador de impacto hidro-morfológicos.
En el QBR se nota que el Índice para R1 y tres campañas de LL5 son malas lo que nos indica que la
vegetación ribereña está afecta o modificada Es decir que la capacidad potencial para soportar una masa vegetal
de ribera es baja Estos datos son importantes porque el QBR es un índice de aplicación rápida y sencilla, que
integra aspectos biológicos y morfológicos del lecho del río y su zona inundable y se utiliza para evaluar la
calidad ambiental de las riberas.
Tabla 1.- Resultados del protocolo CERA durante cuatro campañas en las subcuencas El Rejo y Llapa
Estación
R–1
R–2
R–3
LL-1
LL – 3
LL-4
9
Temperatura
(ºC)
pH
10.7
10.8
12.5
11.8
11.1
11.5
12.1
8.8
10.0
12.0
12.5
9.8
10.7
11.2
12.5
12.5
10.4
9.6
13.5
12.9
12.4
7.73
8.06
6.97
8.55
7.68
7.88
7.56
6.77
8.22
8.34
7.56
6.77
8.10
8.38
8.41
8.31
8.07
7.89
8.30
6.28
8.35
Conductividad Condición de
(µS/cm)
referencia
417
567
283
312
380
527
204
120.8
60
60
204
125.8
35
33
136
150
173
145
901
616
99
106
106
106
116
106
107
104
104
112
116
106
108
114
116
114
116
98
108
118
112
112
IHF
67
86
98
47
68
86
59
50
64
76
54
53
66
69
58
64
77
48
52
56
65
QBR
80
85
42
65
85
85
85
70
85
85
85
75
100
100
60
85
65
95
55
90
75
Índice
ABI
44
18
41
48
63
28
48
32
72
50
57
47
97
77
94
100
100
54
60
71
130
CERA
Regular
Malo
Malo
Regular
Bueno
Regular
Bueno
Malo
Bueno
Bueno
Bueno
Regular
Muy bueno
Muy bueno
Bueno
Muy bueno
Bueno
Bueno
Regular
Bueno
Muy bueno
Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas andinas con impactos mineros
LL – 5
12.9
14.5
13.5
11.7
10.2
13.8
13.5
8.34
8.94
6.96
7.24
7.41
10.22
7.78
101
128
58
1225
1471
1412
1568
116
116
116
96
111
98
106
66
47
35
51
36
52
39
85
75
90
50
35
40
55
49
66
41
17
6
6
7
Bueno
Regular
Regular
Pésimo
Pésimo
Pésimo
Pésimo
En el índice ABI se observa que LL5 varía entre estado malo y pésimo ya que no se observa organismos
vivos (Tabla 1). R1 va de malo a bueno y las demás estaciones tienen un estado saludable llegando inclusive a
muy bueno en LL1. Respecto al CERA, LL5 y R1, en todas las campañas van del estado ecológico malo al
pésimo. Lo cual se obtiene del análisis de los tres índices anteriores que conforman el CERA es decir tienen el
peor estado ecológico.
Figura 5.- Confluencia del agua que baja de la
estación LL5 hacia LL3
Figura 6.- Detalle del color del agua en la estación
de muestreo Quebrada Minas (LL5)
3.4 Afectación del ambiente en la cuenca por actividades mineras
A partir de los análisis realizados de elementos traza en los sedimentos, eco-toxicidad de los sedimentos y
estado ecológico de los ríos, se han observado ciertas similitudes y diferencias entre las diferentes
aproximaciones, que permiten evaluar el estado ambiental desde una perspectiva holística. De esta manera, se
puede establecer la posible afectación al medio ambiente.
Las muestras de sedimentos, y por tanto los ensayos sobre los elementos traza y la eco-toxicidad asociada,
se pueden diferenciar entre las zonas cercanas a los distritos mineros (sub-cuenca del Llapa y del Rejo; Zona Ll
y R respectivamente) y la zona aguas abajo de la cuenca (sub-cuenca del Alto-Jequetepeque, Zona T). Ambos
análisis coinciden en señalar la diferencia entre las zonas ubicadas cerca de emplazamientos mineros y zonas
más alejadas.
Los elementos traza se encuentran en mayor proporción, y más móviles, y por tanto se consideran de riesgo
para el hábitat fluvial, en puntos específicos cerca de las mineras. Dependiendo del elemento se encuentra picos
de concentración en un lugar u otro. Así, en la zona de Llapa se han encontrado valores elevados que pueden
significar un riesgo ambiental por causa del As, Pb, Cu y Fe principalmente, mientras que en la zona de Rejo
destacan las concentraciones de Cd y Zn (además de As y Pb).
10
Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas andinas con impactos mineros
Por otra parte, no se destacan las muestras del al Zona T, a excepción de un pico encontrado para el Fe.
Esto coincide con los resultados extraídos del análisis Comet, donde la Zona T presenta unos valores, cercanos
al valor de control histórico y por debajo de los extraídos en las Zonas R y Ll. Además, se observa como dichas
zonas tienen unos rangos muy amplios. Esto puede ser debido a que en esas zonas se agrupan puntos que se
encuentran afectados por las actividades mineras con puntos que pueden ser considerados como control o puntos
sin afectación, si se toma en cuenta los resultados extraídos de los elementos traza.
El protocolo CERA resalta las mismas tendencias. Los puntos cercanos a actividades mineras (R-1 y Ll-5)
obtienen una puntuación mala o pésima, mientras que el resto de puntos obtienen un estado regular, bueno o
muy bueno para todas las campañas. En este sentido, el protocolo, aunque desarrollado principalmente para
contaminación orgánica, obtiene resultados similares a los realizados mediante ensayos químicos y ecotoxicológicos, por lo que se considera una aproximación válida.
El estudio realizado mediante monitoreos multidisciplinares muestra la afectación de los ríos cercanos a las
zonas mineras desde una perspectiva integral. No obstante, la intención del trabajo realizado es la adecuación de
las distintas técnicas para la construcción de un índice único, que permita la evaluación del medio ambiente en
zonas posiblemente afectadas por minería mediante la participación ciudadana. Para ello, se prevé la realización
de análisis posteriores con una mayor cantidad de datos que complementen el presente estudio, y permitan hacer
una correlación más detallada entre los análisis químicos, eco-toxicológicos y biológicos.
4.- Conclusiones
Se han llevado a cabo una investigación con el objetivo de desarrollar una metodología para la evaluación
de la calidad del agua. Se basa en una evaluación ambiental integral en relación a la problemática referente a la
posible contaminación por minería incorporando componentes físico-químicas, biológicas y eco-toxicológicas.
Para ello se han monitoreado sedimentos de río y evaluado la presencia y movilidad de elementos traza en
15 puntos de la cuenca del Jequetepeque durante cuatro campañas, así como la ecotoxicidad de estos 15 puntos.
Adicionalmente, se ha incorporado el protocolo CERA de evaluación ecológica de 7 puntos, ubicados en la
parte alta de la cuenca.
Los ensayos sobre los elementos traza y la ecotoxicidad asociada, diferencian entre las zonas altas,
cercanas a los distritos mineros, y la zona baja de la cuenca. Se resalta, por tanto, la afectación en la parte alta de
la cuenca, que representa un riesgo ambiental por causa de Cd y Zn principalmente, y también de As, Pb, Cu y
Fe.
Los análisis ecotoxicológicos muestran la misma tendencia que los análisis fisicoquímicos. Los puntos
ubicados cerca de las empresas mineras tienen mayores efectos genotóxicos sobre la población de gusanos de
tierra en comparación con puntos de la zona baja de la cuenca. Este resultado correlaciona con los valores de los
elementos trazas porque precisamente la genotoxicidad es uno de los efectos de estos elementos. El test de
Comet permite evaluar los efectos de los sedimentos de forma más sensible que el test de supervivencia en
Eisenia fetida, que en este caso, no fue capaz de distinguir diferentes potenciales de ecotoxicidad entre las tres
zonas estudiadas. Por ello, y de cara a la construcción de un futuro índice de calidad de los sistemas acuáticos
andinos afectados por problemáticas mineras, se recomienda incorporar a este índice el test de Comet y no
utilizar solamente los valores del test de supervivencia ya que este podría omitir efectos relevantes.
El protocolo CERA resalta la mala calidad de los puntos cercanos a actividades mineras, los cuales
obtienen una puntuación mala o pésima, mientras que el resto de puntos obtienen un estado regular, bueno o
muy bueno para todas las campañas. Cabe destacar que la zona baja de la cuenca no fue incluida en este estudio
por no tratarse de una zona a 2000 msnm, y que por tanto no se puede comparar la zona baja de la cuenca con
las zonas altas, tal y como se ha hecho en el análisis fisicoquímico y ecotoxicológico. Sin embargo, los
resultados del protocolo CERA concuerdan con los de los ensayos fisicoquímicos y ecotoxicológicos en el
sentido que detectan afectación en los puntos próximos a las actividades mineras.
El trabajo multidisciplinar se ha realizado mediante diferentes equipos de investigación compartiendo entre
los mismos el diseño de las distintas componentes, así como el análisis y la discusión de los resultados
obtenidos. Esto ha permitido que la investigación se complemente y cohesione, posibilitando que la
11
Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas andinas con impactos mineros
investigación pueda seguir desarrollándose en el futuro de forma que organizaciones y grupos de usuarios
puedan acabar aplicando una metodología sencilla y de bajo coste para la definición del estado de calidad de sus
ríos en una región con una gran problemática ambiental. Se prevé la realización de análisis posteriores con una
mayor cantidad de datos que complementen el presente estudio, y permitan hacer una correlación más detallada
entre los análisis físico-químicos, ecotoxicológicos y de biodiversidad.
AGRADECIMIENTOS
A la ONG GRUFIDES, por el importante apoyo logístico en la realización de los trabajos de campo
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Acosta R., Ríos B., Rieradevall M., Prat, N. (2009). Propuesta de un protocolo de evaluación de la calidad
ecológica de ríos andinos (CERA) y su aplicación a dos cuencas en Ecuador y Perú. Limnetica 28 (1), 35-64.
Acosta R. (2005). Características de la Comunidad de Marcoinvertebrados Bentónicos de la Cuenca Altoandina
del Rio Cañete. (Lima, Perú). Trabajo de Investigación del Programa de doctorado y Di-plomado de Estudios
Avanzados en Ecología. Universidad de Barcelona. España 93 pp.
Andrade E., Alves J.C., Dos Santos I., Alves J.H., Garcia C., Spinola A. (2010). Assessment of trace metals
contamination in estuarine sediments using a sequential extraction technique and principal component
analysis. Microchem. J. 96, 50-57.
Alvarenga, P., Palma, P., Gonçalves, A.P., Fernandes, R.M., de Varennes, A., Vallini, G., Duarte, E., CunhaQueda, A.C. (2008): Evaluation of tests to assess the quality of mine-contaminated soils. Environmental
Geochemistry and Health, 30 (2):95-99.
ASTM E2186 - 02a (2010) ASTM Standard Guide for Determining DNA Single-Strand Damage in Eukaryotic
Cells Using the Comet Assay. ASTM, West Conshohocken, Pennsylvania, USA.
Beyersmann, D. y Hartwig, A. (2008): Carcinogenic metal compounds: recent insight into molecular and
cellular mechanisms. Archives of Toxicology, 82(8):493-512.
Buytaert W., Celleri R., De Bièvre B., Cisneros F., Wyseure G., Deckers S. and Hofstede R. (2006) Human
Impact on the hydrology of the Andean páramos. Earth-Science Reviews 79, 53-72.
CARE, WWF, GTZ, IIED y CEDEPAS (Febrero 2007). Proyecto Compensación Equitativa por Servicios
Ambientales Hidrológicos (CESAH).
Cotelle, S., y Férard, J.F. (1999): Comet assay in genetic ecotoxicology: A review. Environmental and
Molecular Mutagenesis, 34 (4):246-255.
European Environment Agency. EEA. Report No 1/2012. Towards efficient use of water resources in Europe.
ISSN 1725-9177.
12
Propuesta de monitoreo ambiental multidisciplinar en cuencas andinas con impactos mineros
Eyambe, G.S., Goven, A.J., Fitzpatrich, L.C., Venables, B.J., Cooper, E.L. (1991) A non-invasive technique for
sequential collection of earthworm (Lumbricus terrestris) leukocytes during subchronic immunotoxicity
studies. Laboratory Animal 25: 61-67
Jàimez-Cuellar, Pablo et al. Protocolo GUADALMED PRECE. Limnetica 21(3-4): 187-204 (2002)
OECD (1984): OECD Guideline for Testing of Chemicals, No.207, Earthworm Acute Toxicity. OECD, Paris,
France.
Pérez-López R., Álvarez-Valero A., Nieto J.M., Saez R., Matos J. (2008). Use of sequential extraction
procedure for assessing the environmental impact at regional scale of the São Domingos Mine (Iberian Pyrite
Belt). Appl.Geochem. 23, 3452–3463.
Schmidt, P. (2003): Entwicklungshilfe. GeoFocus (Editorial), 6: 1-10.
Torst, F. y Guillaume, J. (2005): La coopération Internationale. En: D. High y D. Slow (Ed.), International
Cooperation. Cooper and Baker, Londres, pp. 279-296.
Ui, P.Y. y Gau, S. (2005): Fair Trade. International Journal of Cooperation, 20 (1): 53-67.
Villalobos-Castañeda, B., Alfaro-Cuevas, R., Cortés-Martínez, R., Martínez-Miranda, V., Márquez-Benavides,
L., Distribution and partitioning of iron, zinc, and arsenic in surface sediments in the Grande River mouth to
Cuitzeo Lake, Mexico. Environmental Monitoring Assessment, vol. 166, no. 1-4, pp. 331 – 346, 2010. DOI
10.1007/s10661-009-1005-7.
Yacoub, C. y Miralles, N. (2011). Propuesta de un sistema de control de calidad ambiental en cuencas mineras.
V Congreso Universidad y Cooperación al Desarrollo. Universidad de Cádiz, April 6-8, 2011. Cádiz, Spain.
pp 134-135.
Yacoub, C., Pérez-Foguet, A., Miralles, N. (2012). Trace Metal content of sediments close to mine sites in the
Andean region. The Scientific World Journal, 2012, 12 pages. doi:10.1100/2012/732519
Yacoub, C., Yacoub, C., Pérez-Foguet, A., Miralles, N. and Valderrama C. (2013). Environmental assessment
of trace element sediments from a Peruvian mine basin. Science of the total environment. Submitted.
13