Macroinvertebrados acuáticos como indicadores de la zona de autodepuración en un sistema lótico andino colombiano

Aquatic Macroinvertebrates as Indicators of Autodepuration Zones in the Colombian Andean Lotic System

Gutiérrez-Garaviz, Jhonatan; Zamora-González, Hilldier; Agredo Jiménez, Néstor Mauricio

Jhonatan Gutiérrez-Garaviz

jggaraviz@estudante.ufscar.br

Universidade Federal de São Carlos Brasil

Hilldier Zamora-González

hilldier@gmail.com

Independiente Colombia

Néstor Mauricio Agredo Jiménez

nestoragredo@hotmail.com

Fundación para el manejo integral del agua (PROAGUA) Colombia

Novedades Colombianas

Universidad del Cauca, Colombia

ISSN: 0121-3520

ISSN-e: 2145-5236

Periodicidad: Anual

vol. 18, núm. 2, 2023

novedadesmuseo@unicauca.edu.co

Recepción: 02 septiembre 2023

Aprobación: 30 noviembre 2023

URL: https://portal.amelica.org/ameli/journal/433/43352264335226004/

DOI: https://doi.org/10.47374/novcol.2023.v18.2360

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Resumen: El proceso de autodepuración en un sistema hídrico implica la capacidad de estabilizar la presencia de agentes externos en la columna de agua mediante procesos físicos, químicos y biológicos. Este estudio tiene como objetivo identificar esta zona de autodepuración en un sistema lotico andino colombiano, empleando la comunidad de macroinvertebrados acuáticos - MA como indicador biológico, respaldado por variables físicas y químicas como información adicional. Para ello, se estableció como punto de referencia la calidad del agua previa al impacto antrópico, registrando parámetros como pH, oxígeno disuelto y conductividad. Posteriormente, se recolectaron datos después del evento perturbador hasta alcanzar valores comparables a los del punto inicial, determinando así la posible zona de recuperación. Se llevaron a cabo análisis en cuatro estaciones de muestreo, donde se colectaron MA y se registraron parámetros físicos y químicos. La identificación de los organismos se realizó mayormente a nivel de género, utilizando claves taxonómicas y guías visuales. El periodo de muestreo abarcó seis meses, desde diciembre de 2009 hasta mayo de 2010. Al comparar la densidad de algunos géneros de MA en las estaciones previas y posteriores al impacto antrópico, se observó que en la cuarta estación, ubicada a 2,2 km de distancia del punto de perturbación, se encuentra la zona de autodepuración. En esta área, la cantidad de individuos es similar en algunos taxones con respecto a la estación de referencia, con variaciones en su densidad. Los resultados obtenidos son respaldados por la calidad biológica del agua (índice BMWP/Col) y la mayoría de las variables físicas y químicas analizadas.

Palabras clave: BWMP/col, densidad, contaminación, física y química.

Abstract: The self-purification process in a water system involves the ability to stabilize the presence of external agents in the water column through physical, chemical, and biological processes. This study aims to identify this self-purification zone in a Colombian Andean lotic system, using the community of aquatic macroinvertebrates (AM) as a biological indicator, supported by physical and chemical variables as additional information. To do so, the water quality prior to anthropogenic impact was established as a reference point, recording parameters such as pH, dissolved oxygen, and conductivity. Subsequently, data were collected after the perturbing event until values comparable to the initial point were reached, thus determining the potential recovery zone. Analyses were conducted at four sampling stations, where AM were collected, and physical and chemical parameters were recorded. Organisms were predominantly identified at the genus level, using taxonomic keys and visual guides. The sampling period spanned six months, from December 2009 to May 2010. When comparing the density of certain AM genera in stations before and after anthropogenic impact, it was observed that the self-purification zone is located at the fourth station, situated 2.2 km away from the disturbance point. In this area, the number of individuals is similar in some taxa compared to the reference station, with variations in their density. The results obtained are supported by the biological water quality (BMWP/Col index) and the majority of the analyzed physical and chemical variables.

Keywords: BMWPC/col, density, pollution, Physics and Chemistry.

Introducción

En entornos acuáticos cercanos a asentamientos humanos, se depositan constantemente residuos contaminantes provenientes de diversas fuentes como animales, aguas domésticas, aguas industriales y lixiviados agrícolas. Estos elementos afectan la capacidad de resiliencia y reciclaje del cuerpo de agua. Hynes (1970) subraya que es difícil hallar un curso de agua no influenciado por la actividad humana. A pesar de ello, el sistema hídrico cuenta con la capacidad innata de mitigar estas perturbaciones a través del proceso de autodepuración (Tortorelli y Hernández, 1995). No obstante, en la actualidad, los niveles de contaminación se han acumulado gradualmente en diversos ecosistemas, lo que motiva la búsqueda de procesos que agilicen o complementen la fase de degradación.

La autodepuración, en términos generales, constituye un proceso de estabilidad que engloba diversos factores como la dilución, gravedad, turbulencia, luz y degradación. Estos elementos actúan sobre los compuestos extraños presentes en ríos y lagos, promoviendo su depuración o eliminación en el momento y lugar en que se generan los desechos, en un tiempo y espacio determinados. En el caso de los sistemas lóticos, especialmente los ríos andinos, se destaca una notable capacidad de autodepuración gracias al proceso de aireación que surge de la turbulencia del flujo de agua, lo que facilita la incorporación de oxígeno. Además, es importante tener en cuenta que cada contaminante posee una concentración umbral específica sobre el cuerpo hídrico afectado, y al superar ese valor, se observan efectos de desequilibrio, lo que define la capacidad de estabilidad del cuerpo léntico o lótico en estudio (Cairns et al., 1958).

Algunos trabajos realizados sobre el tema de autodepuración están relacionados con variables químicas como el oxígeno disuelto (OD), demanda biológica de oxígeno (DBO5) y sólidos suspendidos (Dresnack and Dobbins, 1958; Streeter and Phelps, 1958), estableciendo de manera general un esquema del balance de oxígeno en los sistemas acuáticos. También se cuenta con trabajos donde los organismos que viven en los medios acuáticos continentales, como el fitoplancton, zooplancton, bacterias y fauna bentónica, pueden indicar este proceso de autodepuración a partir de los cambios en la dinámica de la comunidad (Barbosa et al., 1999; Clements et al., 2009; Prat et al. 1999; Smock, 1983).

En la presente investigación se identificó el proceso de autodepuración a partir de los cambios en algunas densidades de taxones de macroinvertebrados acuáticos - MA, complementando esta información biológica con variables físicas, químicas y valores de calidad biológica del agua.

Materiales y métodos

Área de estudio

Se definieron cuatro estaciones de muestreo sobre la microcuenca del río Cofre (Fig. 1), con un rango altitudinal entre los 2522 msnm hasta los 2420 msnm, dentro del municipio de Totoró-Cauca, con coordenadas especificadas en la Tabla 1. La temperatura media ambiental registrada fue de 140C, con una precipitación promedio mensual de 187,45 mm, clasificando el área de estudio dentro de la zona de vida de bosque húmedo montano bajo (bh-MB) (Holdridge, 1957).

Figura 1.

Ubicación geográfica de las estaciones de muestreo. Estación 1 (E1), Estación 2 (E2), Estación 3 (E3), Estación 4 (E4). Fuente: autores.

Tabla 1

Información geográfica de los puntos de muestreo. Fuente: autores.

Fase de campo y laboratorio

La recolección de muestras biológicas y el registro de parámetros físicos y químicos se llevaron a cabo de diciembre de 2009 a mayo de 2010, con una jornada de campo mensual. La primera estación se situó previa a la cabecera municipal, y a raíz de las variaciones en los valores de pH y conductividad, se establecieron las tres estaciones restantes después del área urbana.

La comunidad biológica fue recolectada utilizando una red de malla suberiana de 0,25 m2 con una apertura de 250 µm. Esta recolección abarcó una diversidad de sustratos, incluyendo tanto las orillas como el centro del área de estudio. Posteriormente, las muestras fueron etiquetadas y preservadas en alcohol al 75%. En el laboratorio de Recursos Hidrobiológicos Continentales de la Universidad del Cauca, se llevó a cabo el conteo utilizando un estereoscopio AMSCOPE Modelo SM-1TZ-PL, y la identificación se realizó utilizando literatura especializada (Domínguez et al., 2006; Domínguez y Fernández, 2009; Epler, 2001; Elliott y McCafferty, 2006; Roldán, 1996; Springer et al., 2010).

Respecto a las variables físicas y químicas, los valores de pH, conductividad (Cond), temperatura (Temp) y oxígeno disuelto (OD), se registraron utilizando una sonda multiparamétrica YSI modelo 555 MPS. Mediante espectrofotometría (MERCK SQ118), se establecieron las concentraciones de nutrientes (nitritos (NO2-) y amonio (NH4+)); el dióxido de carbono (CO2) se calculó con un kit de titulación Aquamerck, y la demanda biológica de oxígeno (DBO5) a partir del método estándar de cinco días indicado en Baird (2005).

Análisis de datos

Con el software estadístico R Project v 3.0.2, librería “vegan”, se aplicó un análisis de correspondencia canónica (CCA), asociando las variables abióticas, la comunidad biológica y las estaciones. Este análisis permitió identificar los géneros más representativos cuyas abundancias se graficaron en Excel para detallar su comportamiento. Igualmente, se graficó el comportamiento de las variables físicas y químicas, resaltando que sus valores se llevaron a una escala de logaritmo natural (Ln). Teniendo en cuenta a Zamora (2007) se calculó el BMWP/Col en cada estación de estudio de muestreo, promediando los valores, teniendo en cuenta la temporalidad y los microambientes.

Resultados

Composición taxonómica, autodepuración y calidad biológica del aguaComposición taxonómica, autodepuración y calidad biológica del agua

Se identificaron 49 géneros pertenecientes a 35 familias, quince órdenes, ocho clases y cinco phyla, con un total de 5827 organismos (Tabla 2); Los insectos fueron el grupo más representativo dentro de la comunidad de estudio.

Tabla 2

Clasificación taxonómica y densidad (ind/m2) de macroinvertebrados acuáticos (MA). Estación 1 (E1), Estación 2 (E2), Estación 3 (E3), Estación 4 (E4). Acari no confirmado (ANC), Lombriculidae no confirmado (LNC), Chordodidae no confirmado (NNC), no determinado (N.D). En asterisco (*) se relacionan subfamilias del orden Díptera. Fuente: autores.

Los resultados del Análisis de Correspondencia Canónica (CCA) arrojaron un porcentaje de agrupación del 55,5% para el primer eje, y 37,8% para el segundo (Fig. 2). Con el primer eje se correlacionan los géneros Mortoniella spp., Physa spp., Tubifex spp., la familias lombriculidae y Chironomidae (subfamilias, Chironominae, Orthocladiinae y Tanipodinae), la estación E2 y las variables físico- químicas dióxido de carbono (CO2), demanda biológica de oxígeno (DBO5), conductividad (Cond) y amonio (NH4+). Con este mismo eje también se asociaron los géneros Anchytarsus spp., Contulma spp., Cylloefius spp., Baetodes spp., Lefitohyfihes spp., Limonicola spp., Heterelmis spp., Hexanchorus spp., Tipula spp., las estaciones E1 y E4, y el oxígenos disuelto (OD) y pH. Los géneros Ochrotrichia spp., Lymnessia spp., Elodes spp., y Maruina spp., son exclusivos de la estación E1.

Figura 2.

Análisis de correspondencia canónica. Los códigos asociados a los macroinvertebrados acuáticos se relacionan en la Tabla 2. Fuente: autores.

Al graficar el comportamiento de cada uno de los taxones asociados a los dos grandes grupos, dentro del análisis de multivariado, el primero se identificó como organismos favorecidos por el tensor antrópico (Fig. 3), y el segundo, como aquellos organismos que se ven afectados por este (Fig. 4).

Figura 3.

Taxones de macroinvertebrados acuáticos favorecidos por el tensor antrópico. Lombriculidae no confirmado (LNC). Fuente: autores.

Figura 4.

Taxones de macroinvertebrados acuáticos afectados por el tensor antrópico. Fuente: autores.

En la Figura 5 se muestran los resultados obtenidos al calcular los valores promedio de calidad del agua (BMWP/ Col) para cada estación de muestreo. Se observa una disminución del valor BMWP/Col en la estación E2 y una tendencia de estabilidad y recuperación en la estaciones E3 y E4.

Figura 5.

Comportamiento de los valores BMWP/Col calculados. Estación 1 (E1), Estación 2 (E2), Estación 3 (E3), Estación 4 (E4). Fuente: autores.

Parámetros físicos, químicos y autodepuración

Identificando la tendencia de las variables físico-químicas respecto a las estaciones de muestreo, en la Figura 6 se grafica su comportamiento, detallando en la estación E2 el aumento o disminución de sus valores, a excepción de los nitritos y la temperatura que aumentan a lo largo del gradiente altitudinal; posteriormente se observa una recuperación en la estación E4, respecto a los valores iniciales registrados antes de la cabecera municipal (Estación 1).

Figura 6.

Comportamiento de variables físicas y químicas. Fuente: autores.

Discusión

Composición taxonómica, autodepuración y calidad biológica del agua

La predominancia de insectos en la composición taxonómica de los macroinvertebrados acuáticos en el río Cofre es un hallazgo recurrente en diferentes investigaciones realizadas en Colombia (Longo et al., 2010; Moreno et al., 2010; Walteros-Rodríguez y Paiba-Alzate, 2010). Lo cual evidencia que este grupo exhibe una notable diversidad en una amplia gama de ecosistemas lóticos en el país.

Los macroinvertebrados acuáticos - MA, principalmente los insectos acuáticos, proporcionan indicios del proceso de autodepuración a una distancia de 2,2 km desde la estación E2. Sin embargo, no todos reaccionan de la misma manera ante este fenómeno natural, dada la amplia variedad de respuestas sensibles o adaptativas que pueden surgir en una comunidad, tal como lo señalan Bonada et al. (2005) y Resh (2008). Además, las condiciones presentes en cada estación, tanto en relación a las variables físicas y químicas como a la presencia de contaminación antropogénica, tienen un papel crucial en la dinámica de la comunidad (Caicedo y Palacio, 1998; Giller y Malmqvist, 1998; Oscoz et al., 2006; Posada et al., 2000; Ramírez y Roldán, 1989).

Los taxones predominantes en la estación E2 señalan un nivel de contaminación y están vinculados al consumo de materia orgánica en descomposición (Escobar, 2017; Muñoz y Prat, 1996; Roldán, 1996; Zúñiga, 1985), lo que sugiere un crecimiento saludable de sus poblaciones, reflejado en sus valores de densidad. El género Mortoniella spp., que normalmente actúa como indicador de buena calidad del agua (Roldán, 1996) y suele encontrarse asociado a superficies rocosas, se halla en este estudio en condiciones de contaminación moderada. Esto plantea la necesidad de revisar la interpretación dada a su papel indicador.

Los taxones que se ven perjudicados mayormente por el impacto antropogénico son, en su mayoría, indicadores de alta calidad de agua (Roldán, 1996; Zamora-Muñoz y Alba-Tercedor, 2006; Escobar, 2017). La densidad de sus poblaciones en la estación E2 se ve afectada debido a la influencia de las aguas residuales domésticas provenientes de la cabecera municipal de Totoró. Estos organismos, en términos generales, no toleran niveles bajos de oxígeno ni altos contenidos de materia orgánica en descomposición (Roldán, 1996; Posada et al., 2000; Roldán y Ramírez, 2008), los cuales se podrían clasificar como taxones estenotípicos con una tolerancia limitada.

Los géneros encontrados en la estación E1 están vinculados a aguas de excelente calidad (Roldán et al., 2001). Su ausencia en las demás estaciones analizadas posiblemente refleja el nivel de sensibilidad que poseen frente a la contaminación. Aunque estos organismos no sirven como indicadores del proceso de autodepuración, pueden resultar valiosos para llevar a cabo evaluaciones de contaminantes a través de bioensayos.

Los valores de calidad del agua, evaluados a través del cálculo del índice BMWP/Col, reflejan de manera efectiva el proceso de autodepuración. Esto subraya la relevancia de estos indicadores biológicos al determinar el estado ecológico de un río que ha experimentado alteraciones debido a la intervención humana. Las fluctuaciones en los valores del índice BMWP/Col a lo largo del tiempo y entre las zonas de margen y centro pueden estar estrechamente relacionadas con la diversidad de sustratos y las dinámicas fluviales en cada estación y periodo de muestreo, factores que influyen en los procesos de colonización por parte de la comunidad.

Parámetros físicos, químicos y autodepuración

La demanda biológica de oxígeno (DBO5), la conductividad, la concentración de amonio (NH4+), y el dióxido de carbono (CO2) son indicadores de contaminación causada por la introducción de materia orgánica externa. Esto se refleja también en la disminución del oxígeno disuelto (OD) y el cambio en el pH. En la estación E2, se identificaron vertidos de aguas residuales provenientes de fuentes domésticas, alcantarillado, hospitales y mataderos, lo que afecta la carga orgánica y se evidencia en la acumulación de lodo en los diferentes sustratos del lecho del río. Según Tank et al. (2010), esta acumulación tiene un impacto directo en las comunidades bentónicas, determinando la presencia o ausencia de organismos (Reice, 2006) y sus hábitats (Prat et al., 2009). En relación al oxígeno y al pH, Voulgaropoulos et al. (1987) señalan que son indicadores fiables de la calidad del agua, al igual que la conductividad, amonio y nitritos (Marín, 2006), que reflejan un deterioro ambiental.

A partir de la estación E3, se observa una recuperación gradual de los valores registrados inicialmente en la estación E1. Este proceso se atribuye a factores como la dilución y la turbulencia. En la estación E4, situada a 2,2 km de distancia de la estación E2, se identifica una zona de autodepuración, como ya se demostró con los valores de densidad de macroinvertebrados acuáticos. De acuerdo con Branco (1984), la dilución desempeña una función ecológica al dispersar y disminuir la concentración de compuestos perjudiciales, lo que conlleva a una reducción en la demanda biológica de oxígeno (DBO5) y a un aumento en la concentración de oxígeno disuelto (OD), tal como se observa en este estudio. Branco (1984) también subraya la relevancia de la turbulencia, definida como la agitación del agua provocada por la velocidad, influencia de los vientos y ciertos rasgos del terreno, ya que facilita un proceso de oxigenación al mezclar la película saturada de oxígeno con la masa de agua circundante.

Según Tchobanoglous (1991), la presencia de nitritos está vinculada a la contaminación por materia orgánica fecal. El incremento en sus niveles, puede relacionarse con la influencia de aguas residuales y a una mayor presencia de ganadería aguas abajo del punto de la estación E2. Es importante destacar que esta variable no proporciona indicios del proceso de autodepuración y, de acuerdo con Marín (1995), concentraciones inferiores a 0,1 mg/l no suponen una alteración significativa en las condiciones normales del agua. En cuanto al aumento de la temperatura del agua, puede estar correlacionado con la altitud (Machado y Roldán, 1981), cuyos cambios ejercen un papel determinante en la estructura y el funcionamiento de un ecosistema acuático.

De esta manera, el ecosistema lótico evaluado demuestra una notable capacidad de recuperación de sus condiciones naturales, lo cual puede estar ligado a la dinámica fluvial, como lo argumenta Nadal et al. (2014), permitiendo que la carga orgánica contaminante al ingresar a la columna de agua, no supere los umbrales de estabilidad del río, facilitando el proceso de autodepuración.

Conclusiones

Los macroinvertebrados acuáticos indicaron el proceso de autodepuración en el río Cofre, a través de la bioindicación, o identificando algunos organismos afectados o favorecidos por la incidencia de la actividad humana presente en la cabecera municipal de Totoró (estación E2), pero recuperan sus valores de densidad, con una tendencia de similitud a la estación de referencia (estación E1) a 2,2 km del punto de impacto antrópico.

De igual manera, la mayoría de las variables físicas y químicas ilustran el proceso de autodepuración, cuyo comportamiento le da mayor sustento a la zona de recuperación identificada, teniendo en cuenta el tensor que se está evaluando, que en este caso corresponde principalmente a aguas residuales domésticas.

Agradecimientos

A la Universidad del Cauca y al Grupo de Estudio en Recursos Hidrobiológicos Continentales (GERHC), por su apoyo en el préstamo de equipos e instalaciones.

Referencias

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