12 Isabel Israde

8/19/2019 12 Isabel Israde

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Diatomeas del Rio Lerma estimación de la calidad del agua de un r ío fuertemente

contaminado. Resultados preliminares

Isabel Israde –Alcantara (1) , Virginia Segura García (2), Nelida Abarca Mejia (3), Luc Ector (4),

Enrique Cantoral Uriza (5), Manuel Mendoza Cantú (6).

1.Depto de Geología y Mineralogía. Inst. de Inv. Metalúrgicas.Edif.. U Ciudad Universitaria. Morelia, Michoacán; 2.Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología; 3, Posgrado Universidad de Berlín; 4, Centre de Recerche PubliqueGabriel Lipmann; 5. Facultad de Ciencias UNAM; 6, Centro de Investigaciones en Geografía Ambiental. [email protected]

RESUMEN

Un estudio en proceso enfocado a la taxonomía y distribución de las diatomeas bentónicas delrío Lerma permitió hacer un inventario de 185 taxones. La mayoría de ellos son taxacosmopolitas, adaptados a los medios contaminados con una fuerte carga en materia orgánica.La aplicación del IPS sobre el río Lerma revela que al menos 80% de las especies y de la

abundancia relativa de los taxones entran en el cálculo del IPS. La aplicación del IPS nos parecerealista y pertinente para estimar la calidad biológica del río Lerma. Se integran ademásdistintos análisis fisicoquímicos para determinar cuales son los parámetros limitantes en ladistribución de las asociaciones de diatomeas del río Lerma y se comparan ambos análisis

biológicos y fisicoquímicos que sugieren cuales son los sectores mas contaminados del ríoLerma.

INTRODUCCION La cuenca del Lerma es el sistema hidrológico más importante de México, con un área de52,545 m2. La precipitación media anual es de 730 mm recorre una distancia el río de ca.750km. Se origina a 3000 msnm y desemboca a 1510 msnm hacia el lago de Chapala (Aparicio2001). Las morfologías más altas que limitan la cuenca comprenden el Nevado de Toluca a4680 msnm y la más baja corresponde al lago de Chapala. La altitud y latitud influencian

fuertemente las condiciones climáticas, mientras que la geología y las descargas antrópicascontrolan más la química del agua.El 15 % de la población de la República Mexicana (50,000,000 habitantes) vive en la cuencadel río Lerma .Actualmente sufre un gran déficit en el balance hídrico ya que la agricultura extrae el 68% delagua subterránea seguida por la utilizada en el sector urbano. La región presenta una tendencia atemperaturas áridas, sobre todo en el medio Lerma siendo el promedio de 21°C. La estaciónseca comprende de noviembre a marzo.Su drenaje se caracteriza por un flujo laminar y que cambia solo en sitios donde existen saltosestructurales que le permiten autodepurarse.

En el estudio realizado en este proyecto se observó que el Río Lerma es una fuentecrucial de abasto para irrigación y la industria en la región. Son de resaltar los métodos degestión del agua que producen un gran impacto en este río manejado ya que a pesar de que

existen algunas plantas de tratamiento, la mayoría en la región de Guanajuato, no se observangrandes diferencias en la entrada y salida de los drenajes que son vertidos directamente al ríoLerma. Si agregamos a esto que el manejo del río es función de la demanda de agua, que nosiempre está asociada al régimen de lluvias, los bajos escurrimientos disponibles y que losafluentes, tales como el río Querétaro permanecen secos la mayor parte del año; se traduce enun rápido deterioro del sistema.El río ha recibido atención prioritaria por la gran proporción de actividades agrícolas yganaderas. Los efluentes urbanos e industriales (se cuentan 9200 industrias entorno al río). 3500empresas descargan sus subproductos sin previo tratamiento al río Lerma


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Lleva consigo en su curso contaminantes disueltos y precipitados en los sedimentos loscuales se originan a partir de corredores industriales, fuentes agrícolas y descargas municipales.

Las metodologías de estudio y sucesivo seguimiento de la calidad del agua en ambienteslóticos y lénticos se apoyan en análisis fisico-químicos. Los productos contaminantes queingresan a los ríos son generalmente puntuales. Estos después vienen arrastrados y diluidos, porlo tanto se requiere nuevos instrumentos y tecnologías de alto costo que permitan la detección

puntual de sitios de alteración que reflejen las condiciones existentes antes, durante y después

de la alteración del medio y su sucesivo cartografiado y vigilancia de la calidad del agua. Losmétodos biológicos presentan la ventaja de ofrecer información de efectos ambientales

prolongados, ya que los organismos acuáticos integran los efectos de calidad del agua por largotiempo, en cuanto a los métodos físico-químicos permiten un conocimiento instantáneo de lascondiciones del agua. Desde los años ochenta las diatomeas bentónicas, se han utilizado comoorganismos de monitoreo rutinario en la mayoría de los países de Europa y en USA para evaluarla calidad de las aguas y ahora se utilizan cada vez más de forma rutinaria en Asia, África,Sudamérica y Caribe (Argentina, Brasil, Costa Rica). Las diatomeas son herramientas muyútiles porque tienen una gran diversidad florística (solo en aguas dulces 10,000 taxa). Presentamuy bajo costo estudiarlas además de que el muestreo es simple y rápido. Son altamentesensitivas, otorgan información asociada a la cantidad de material orgánico, pH, alcalinidad,tipo de substrato, etc. La sensitividad o tolerancia de ciertas diatomeas a la eutroficación hadado lugar a crear varios indicadores de calidad del agua, además de que tienen un gran poderintegrador. y se muestran algunos resultados enfocados a la taxonomia y a la físico – química delos muestreos llevados a cabo desde abril del 2003 a noviembre del 2006.

MATERIAL Y METODOSEn abril del 2003 inició la primera campaña de muestreo del río Lerma para componer

una base de datos taxonómicos y fisicoquímicos del río Lerma con el propósito de establecer, enun futuro, un indice de Poluosensibilidad SPI (Specific Polluo-sensitivity Index, Coste inCemagref, 1982), para determinar la potencialidad de las diatomeas en la evaluación de lacalidad del agua.

Diatomeas bentónicas de 20 localidades incluidos manantiales fueron muestreadas endos periodos anuales (secas y post lluvias) a partir del 2003 según el Método de Kelly et al1998.

En cada estación se determinaron los siguientes datos hidrológicos: ancho total de río, profundidad media, velocidad de corriente superficial, color, olor y transparencia y en un periodo irradianza. Se registraron in situ los valores de oxígeno disuelto, pH, conductividadeléctrica y temperatura, utilizando un multisensor Horiba 23, previamente calibrado a lasdistintas altitudes del río.

Se realizaron además análisis de componentes orgánicos DBO, DCO, NH4, NO3, NO2, NTK, P, PO4 y cloruros además de iones calcio, sodio, carbonatos, sulfatos, bicarbonatos ycarbonatos. mientras que los análisis de metales pesados en agua y sedimentos, fueronrealizados en el Servicio Geológico de los Estados Unidos en Menlo Park, California en botellasenjuagadas con una dilución de acido nítrico y enjuagadas con agua bidestilada. Estosmateriales fueron acidificados en campo hasta descender el pH de la muestra a 2 y

posteriormente transportados en hielo hasta el laboratorio.Las diatomeas (400 valvas por estación) fueron identificadas con un microscopio Olympus

Bymax 50 con cámara digital integrada. La bibliografía especializada en que nos basamos se basó en Krammer y Lange-Bertalott, 1985, 1986, 1988, 1991ª, 1991b; Krammer, 1997 Part 1,1997 Part 2, 2000, 2002, 2003; Lange-Bertalot y Krammer, 1987, 1993; Lange y Moser, 1994;Lange, 1995, 1996, 1998, 1999, 2000; Patrick y Reimer 1966, Patrick 1977, Round et al , 1992;Wydrzycka & Lange-Bertalot, 2001, entre otros. Para la realización de la identificacióntaxonómica se observó un mínimo de 20 ejemplares de la misma localidad para definirvariedades morfológicas de distintas especies.Se realizaron análisis petrográficos de cada estación que conforma el substrato del río y que esrepresentativo de las rocas del entorno.


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En los ríos de la cuenca se seleccionaron por su caudal constante y su importancia, los sectoresque atraviesan los ríos del Alto Lerma-Grande y Chiquito se muestrearon solo charcas somerasen el río Querétaro que se mantuvo seco los tres años del periodo de estudio. Del Medio Lermase caracterizaron (de la misma forma que al Lerma) las desembocaduras del río Turbio y elAngulo, mientras que del bajo Lerma se muestreó la desembocadura del afluente másimportante por su caudal fue el Rio Duero.Se tuvo cuidado de muestrear antes y después de cada desarrollo industrial o habitacional

procurando establecer transectos de 10 km a lo largo del río.

Para calcular el Indice de polusensibilidad específica se utilizó el programa OMNIDIA.

RESULTADOSEl curso del río Lerma ha sido estructurado a lo largo de historia evolutiva del Arco VolcánicoMexicano que se forma a partir del Mioceno Medio y que alcanza su máxima efusión de lavasen el Pliocuaternario (Israde 1999). Resaltan también en esta evolución los sistemas de fallaslaterales y las fallas normales que delinean su configuración a través del centro de México.

Estas últimas también han propiciado la formación de depresiones lacustres que son comunes enla cuenca del Lerma y que aun conservan su espejo de agua, aunque existen numerososafloramientos de diatomitas neógenas que testimonian los represamientos del río Lerma a lolargo del tiempo geológico como son los afloramientos de sedimentos lacustres neógenos de laregión de Ixtlahuaca, Ixtapatongo y Puente Temazcalcingo.

Dominan las rocas alcalinas aunque algunas rocas ácidas se reconocen sobre todo en la regiónoriente de la Cuenca.El análisis petrográfico de las lavas de los edificios mas característicos en el curso del RíoLerma presentan una textura hipocristalina (microcristles y fenocristales) con fenocristalesrodeados por una matriz de vidrio y microlito de ortopiroxenos y plagioclasa resultandominantes las rocas andesítico-basaltico con una componente netamente de plagioclasascálcicas.

El río disecta en varios sectores flujos piroclásticos y depósitos de caída que son comunes en eloriente (Ixtlahuaca) y Occidente del Rio Lerma (Zalamea). El substrato del río típicamente estáconformado por arenas, conglomerados y brechas de afinidad volcánica.Se observan tres saltos importantes en el río correspondientes a represamientos que han sidoutilizados para generar electricidad y son el de Tepuxtepec, el de la presa Solís y siendo el másespectacular por su altura el de Yurécuaro- Casas Blancas.

El estudio de las diatomeas se realizó en distintos manantiales en la cuenca para incorporar lavegetación prístina a la base de datos especies bajo condiciones naturales de desarrollo y podersucesivamente definir cuales son las posibles asociaciones de diatomeas ligadas a impactoambiental por influencia antrópica. Se infiere que al comparar las condiciones antes y despuésde una perturbación ambiental o a través del tiempo se pretende reconocer las especiesindicadoras de contaminación en río Lerma y sus afluentes

185 taxa que corresponden a 50 géneros fueron identificados. 34 de ellos están presentes en almenos una localidad con una abundancia mayor al 5%. El genero Nitzschia (35 taxa) y Navicula(23 taxa) presentan la más alta diversidad. Aproximadamente 5% del número total de taxa nohan sido clasificados y se requiere conocerse a detalle si son endémicos para México o bien sonespecies que presentan cambios morfológicos por efecto de las condiciones ambientales en lasque se desarrollan.Respecto a los análisis físico-químicos y de presencia de metales se observa que los sitios mascontaminados son las localidades del inicio del Lerma (Alto Lerma), Salamanca y La Piedad(medio Lerma).


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Las tendencias de la mineralización del río estuvieron fuertemente influenciadas por lascaracterísticas geoquímicas de la región cuyas rocas y suelos aportan iones en solución dondedominan composiciones más tendientes a calcicas, sobre todo en el medio Lerma producto delas rocas básicas a nivel regional.El análisis de los metales pesados de los sedimentos del río Lerma registran concentracionesmáximas de plomo de 1.7 mg/l en la localidad de Hornitos, mientras que en el río la Lajaalcanzan los 2 miligramos por litro.

En el curso del río en el sector del alto Lerma, se realizó un análisis cluster (fig 1) que esrepresentativo de la epoca de post lluvias, en el que destaca un claro gradiente desde zonasaltamente contaminadas hasta las que aparentan menor perturbación. En la cabecera del río quecoincide con la zona industrial del Estado de México, se advierten profundidades bajas, bajosvalores de oxígeno y sobre todo que las localidades del primer grupo son las que presentan pHde ácidos a neutros. El segundo grupo asocia a localidades con pH alcalinos. Para el tercergrupo, sobresalen las bajas conductividades. El cuarto grupo revela las zonas más profundas y

buena velocidad de corriente. En este clúster la localidad aislada es el río Querétarocaracterizada por la máxima conductividad y el mínimo contenido de oxígeno.

Figura 1. Asociación de las localidades en temporada de poslluvias en el Alto Lerma de 2003 a 2005(Método Jerárquico de Clúster = Ward).

Respecto al medio-bajo Lerma se muestran en la fig2a y 2b los resultados de los análisismultivariados que integran la mayoría de las variables analizadas.

PLpll_03

PLpll_04

PLpll_05

IXpll_03

IXpll_04

Ixpll_05

TLpll_03

TLpll_04

TLpll_05

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TZpll_04

TZpll_05

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Ppll_04

Ppll_05

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Pmpll_04

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Chpll_04

Chpll_05

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Cpll_04

Cpll_05

Upll_03

Upll_04

Upll_05

QROpll_04

LAJpll_04


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el ordenamiento de las muestras resultó en una clara separación de las comunidades del periodode lluvias y de secas. El análisis de correspondencia canónica muestra que la porción mayor dela variabilidad observada de las especies puede ser explicada a través de un gradiente estacionalque esta directamente relacionado con la temperatura y por un gradiente longitudinal asociado alos cambios bruscos en la conductividad y en el oxigeno disuelto. Por lo tanto se alinearon en eleje X las tendencias de temperatura y oxígeno con las muestras de la estación de estiaje que seobservan en el lado derecho del grafico (fig 2a) y las de lluvias en el lado izquierdo (fig 2b).

Se utilizó un segundo análisis de correspondencia canónica entre las variables ambientales y laabundancia relativa de las especies con un set completo para la estación de lluvias (fig 2b). Lasespecies con preferencia específica fueron altamente influenciadas por la tipología del sitio demuestreo. En los sitios con mas elevados valores de nitratos como en el medio-bajo Lermadominaron (Planothidium frequentissimum, Nitzschia amphibia, Eolimna subminuscula yMayamaea atomus), que son opuestas a los puntos del alto e inicio del medio Lerma conelevada conductividad y las mas altas concentraciones de fosfatos y sulfatos (Nitzschiaumbonata, Nitzschia palea y Fistulifera saprophila).

a b

Fig. 2 a: Ordenación de las comunidades de secas y lluvias; 2b: Correlación de las mayoresvariables ambientales en relación con las asociaciones de diatomeas.

El análisis paralelo de diatomeas en el que se integran las abundancias y los porcentajestomados en cuenta para la elaboración del índice se observa que la mayoría de los taxa sonútiles para los cálculos de polusensibilidad (fig 3, 4) lo que permite integrar a las estaciones demuesreo a lo largo del curso de l río en sectores de acuerdo a su grado de contaminación (Tabla1 y fig. 5 y 6).

-1.0 1.0

- 0

. 8

1 .

0

Aula gra

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Cycl men

Eoli sup

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Luti goe

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- 1

. 0

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Cycl menEoli sup

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Temp

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conduct

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Fig. 3 : Porcentaje de especies tomadas en cuenta (en azul ) para calcularel Indice de Poluosensibilidad Especifica

Fig. 4 : Abundancia de taxa tomados en cuenta ( ) para calcularel Indice de Poluosensibilidad Especifica

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Estaciones del muestreo

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Estaciones del muestreo


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Tabla 1. Valores del Indice de PoluoSensibilidad especifica calculadas con el programaOMNIDIA y clases de calidad biológica.

Muy buenaBuenaMediocreMalaMuy mala

Fig 5. Evaluación y evolución de la calidad biológica del agua del río Lermacon el uso del Indice de Poluosensibilidad especifíca

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s tac i ones

V

a

l

o

r

d

e

P

S

Mala

Muy

Mediocr

Buena

Mu

Estaciones Codigos IPS / 20

Chignahuapan RL 01 8,8

Ixtapatongo RL 02 3,9

Concepcion de los baños RL 03 5,9

San Lorenzo Tlacotepec RL 04 3,6

Temazcalcingo RL 05 6,1

El Pedregal RL 06 9,3

Chamacuaro RL 07 6,9El Capulin RL 08 5,6

Uruetaro RL 09 6,0

Duranes RL 10 4,1

Paso de Cora RL 11 2,9

Agua Caliente RL 12 2,7

Hornitos RL 13 6,3

Charapuato RL 14 5,7

La Concepcion RL 15 3,8

Zalamea RL 16 5,8

Maltaraña RL 17 5,8

Lago de Chapala RL 18 11,7

Manantial los Capulines RL 19 13,3

Manantial El Divisadero RL 20 14,3


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Al comparar los análisis físico químicos con los obtenidos por el índice de polusensibilidad seobserva que son similares por lo que las diatomeas son útiles para determinar la calidad delagua en sitios sujetos a distintos rangos de contaminación .

Los sitios más contaminados de la cuenca son por orden de impacto (fig 6):Son el Alto Lerma- Puente Lerma y San Jerónimo Ixtapatongo y San Lorenzo Tlacotepec.

Medio Lerma- El Mármol y Duranes y Paso de Cobos y sus afluentes el Río Querétaro y el rioTurbio.

Fig. 6 Estaciones de muestreo en los periodos 2003 al 2006 y calidad del agua en base alanálisis de las asociaciones de diatomeas.

Las diatomeas resultaron organismos ideales para detectar la calidad del agua en el río Lerma y permiten distinguir los sitios más contaminados que requieren un seguimiento y muestreo bianual por parte de los organismos operadores de agua en la región.

Cabe resaltar que en campo al estar en contacto con las comunidades de distintas localidades delentorno del río se observaron casos de enfermedades asociadas al contacto con las aguas delrío destacando las infecciones cutáneas.

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