Historia de los indicadores de calidad Lucía I. López U., M.Sc., CZB Honduras Aydeé Cornejo, M.Sc., ICGES Panamá

Calidad del agua  Aptitud para los usos beneficiosos a que se ha venido dedicando en el pasado  Medio de sustento para el ser humano y los animales  Riego, industria, uso doméstico  Recreación  Mantenimiento de las comunidades acuáticas, plantas y animales silvestres

Calidad del agua  Es una característica de vital trascendencia  En el consumo humano y uso doméstico

 Su preservación y manejo debe ser una constante

preocupación de usuarios y autoridades

Uso del agua  Crecimiento exponencial desde tiempos antiguos  Elemento obligado en el desarrollo de las sociedades humanas  Con los consecuentes problemas de contaminación

 Las aguas dulces  Descarga de materiales  Efectos adversos en la calidad de vida animal y vegetal presente en el sitio

…..millones de galones

Preocupación reciente Degradación de los ecosistemas acuáticos  Primeros esfuerzos en determinar el daño ecológico en el agua Siglo XIX

Causado por residuos domésticos e industriales

Kolkwitz & Marson (1902, 1908, 1909)  Sistema saprobio  Ampliamente utilizado hoy en día en Alemania y algunos países europeos  Adaptación de diversos organismos a las sucesivas fases de descomposición de la materia orgánica  Es una expresión de la DBO

Historia: Siglo XX  Se proponen métodos biológicos para evaluar la condición de las aguas  A mediados de los años 50  Comenzaron a utilizarse diferentes metodologías de evaluación ecológica de la calidad del agua  Mediante el uso de indicadores biológicos

 1960: Concepto de diversidad de especies  Basado en índices matemáticos

Historia 1952 Se propone el uso de los macroinvertebrados como indicadores de la contaminación

Historia  1994  Revisión de varios índices con especial referencia a los ecosistemas acuáticos  18 índices de diversidad, 19 índices bióticos y 5 índices de similitud  Analiza su aplicabilidad para los sistemas biológicos  No todos son totalmente sactisfactorios

Historia  1995  Barbour et al.  Presentan un total de 63 tipos de mediciones para evaluación rápida de los ecosistemas  Medidas de riqueza  Índices de diversidad  Índices bióticos

Barbour et al.  12 “índices bióticos”  El BMWP y el índice de saprobiedad

 10 índices conocidos como “mediciones funcionales”  Función que desempeñan los organismos en la comunidad  Colectores, filtradores, depredadores, etc.  3 “índices combinados”  El índice de la comunidad de macroinvertebrados

 El promedio de puntaje biométrico  El puntaje de la condición biológica

Historia  80’s y 90’s  Comienza a generalizarse el uso de los índices bióticos  Proponen otros nuevos  Modificación de los existentes  Introduce el concepto de Índice de Integridad Biológica (IBI)  Herramienta multiparámetrica para la evaluación de las corrientes basada en la comunidad de peces  Otros grupos

Historia  En USA se desarrollan métodos rápidos de evaluación  Macroinvertebrados acuáticos como bioindicadores

 En España se adoptan los macroinvertebrados acuáticos en los programas de evaluación de la calidad del agua  Se crea un índice de calidad que valora el estado de conservación del bosque de ribera

 Se determina la calidad de las aguas en relación con las características de las especies de macroinvertebrados y la riqueza de dichas especies

Historia  Forma parte de la legislación de muchos estados  Unión Europea  La indicación biológica es el núcleo del sistema de monitoreo y evaluación de la calidad del agua  27 países  Nuevo concepto: el “Estado Ecológico”

 Los gobiernos europeos deben contemplar los indicadores biológicos en la calidad del agua

Historia Últimos 40 - 50 años Desarrollo de al menos 100 diferentes índices 60% biológicos 30% diversidad

10% sapróbicos



Diversas técnicas › Para evaluar los efectos de las actividades

antropogénicas  Presentan un impacto probable en la salud humana  En el ecosistema → Biomonitoreo 21

 El equilibrio del medio acuático › Cambios en la estructura y funcionamiento de las comunidades biológicas  Amenaza aspectos fundamentales de la seguridad humana

› La salud pública › La calidad del agua

Deforestación

Construcción de represas

Sensibles a la perturbación humana

Desechos industriales

Uso inadecuado del suelo

Introducción de especies exóticas



Uso exhaustivo de los ecosistemas

acuáticos › Conocer sus características físicas, químicas y

biológicas › Interacciones entre ellas  Optimizar su gestión  Minimizar el impacto derivado de su aprovechamiento



Uso sistemático de respuestas biológicas

para evaluar cambios en el ambiente con la intención de usar esta

información en un programa de control de calidad

25



La comunidades biológicas en la mayoría de los ecosistemas acuáticos › Sirven de guía para conocer y determinar el

estado de estos › Son el producto del medio ambiente donde

vive  Puden ser Indicadores biológicos 26



Es un organismo o grupo de organismos que pueden detectar de manera indirecta aquello que no es susceptible de ser percibido de forma directa



La presencia de bioindicadores señala

algún proceso o estado del sistema donde se encuentran

28



Cualquier

cambio

que

perturbe

las

condiciones iniciales de un sistema acuático provocará modificaciones en los organismos

Aquel que logre soportar esa perturbación se puede considerar un indicador biológico



Indica › Su presencia refleja las condiciones del

medio  En un sinfín de variables  Físicas  Químicas

 Biológicas



Conocer aspectos de la especie bajo

condiciones normales › Ciclo de vida

› Estacionalidad › Variaciones naturales 

Comparación de las condiciones antes y después de la perturbación ambiental



Tolerancias ambientales estrechas



Gran abundancia



Relación entre la concentración del contaminante en sus tejidos y en el ambiente



Distribución amplia › Facilita comparaciones



Permanencia larga



Baja variabilidad genética y ecológica



Características biológicas y ecológicas conocidas



Adaptables a estudios de laboratorio 33



Requieren de equipos simples y relativamente baratos



Metodologías sencillas



Rapidez en la obtención de los resultados y

una alta confiabilidad › Dan información acerca de las variaciones a

través del tiempo  Herramienta idónea para la vigilancia rutinaria de las cuencas y ríos en general



Especie



Población



Ecosistema › Ideal es aquel que tiene tolerancias

ambientales estrechas

Organismo como especie

Población de esa especie

Alteraciones en el medio acuático

Comunidad: grupos de diferentes especies

Ecosistema: como un todo, como una unidad



No deben ser muy móviles



Deben ser fáciles de recolectar



Fáciles de identificar



Pocos ámbitos de variabilidad genética



Distribuidos ampliamente (No endémicos!)



Conocimiento auto-ecológico 37



No detectan impactos sutiles



Carecen de herramientas de diagnóstico para determinar las causas del impacto

observado 

No tienen una expresión numérica precisa › Comparados con los análisis físicos y químicos

38



Se requiere personal con cierta experiencia



El muestreo consume mucho tiempo



Es difícil relacionar los efectos observados

con una contaminación en especial › Método biológico no reemplaza los registros

físicos y químicos

39



Presencia / ausencia



Cambios en abundancias de las poblaciones, composición de la comunidad o funcionamiento del ecosistema



Cambios en la composición genética, molecular y en la morfología (biomarcadores)



Bioacumulación de tóxicos



Ensayos de toxicidad en el laboratorio y en el campo 40

41



Bioacumulación de tóxicos y pruebas de

toxicidad en el laboratorio 

Uso en estudios de impacto ambiental



Evidencia para denuncias



Creciente interés en muchos sectores › Comunidades, escuelas 42

Métodos de evaluación: Índices mulimétricos e índices bióticos

Instrumentos de evaluación 

Metodología del análisis de riesgo ecológico y ambiental 

El uso de indicadores biológicos 

Para monitorear la salud o la integridad de los ecosistemas acuáticos

Métodos de evaluación Análisis Microbiológicos Conjunto de operaciones encaminadas a determinar los microorganismos presentes en una muestra problema de AGUA

Análisis Microbiológicos 

Los parámetros bacteriológicos tienen mayor importancia para dictámenes higiénicos



Importantes en salud humana



Menor importancia ecológica



No identifican contaminación industrial

Índices multimétricos  Mediciones de la estructura y función de la

comunidad: 1.

Riqueza (nivel de familia, género, especie)

2.

Abundancias (totales, relativas)

3.

Índices de Diversidad de la comunidad

4.

Índices de similitud

5.

Proporciones de grupos funcionales de alimentación

Métodos de evaluación

 Físico-químicos › Resultados puntuales › Muestran el estado general de las aguas

› Tienden a ser heterogéneos

Características fisicoquímicas del agua pH

Temperatura del agua

Oxígeno % de materia orgánica

Cambian las comunidades de macroinvertebrados acuáticos

Físico-químicos Alta capacidad de análisis

Necesita usar muchas sustancias Costoso No identifica alteraciones

Índices físico-químicos  Para evaluar los diferentes grados de contaminación  Ante sustancias químicas específicas

Índices físico-químicos Varios Índice de Calidad General (ICG) Ampliamente utilizado en España

DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno)

Índice Simplificado de la Calidad del Agua (ISQA)  Estos índices son de gran precisión  Presentan el problema de ser testigos, tan sólo, de las condiciones instantáneas de las aguas

Métodos de evaluación › Índices de diversidad › Como métodos de bioindicación han perdido importancia en las últimas décadas  Incapacidad para diferenciar las interacciones

biológicas y taxonómicas que existen entre las especies

› Importantes en la descripción numérica de las comunidades

Índices de diversidad  Expresiones matemáticas con tres componentes  Riqueza, equitatividad y abundancia Estructura de la comunidad

 Ambiente contaminado  Descenso de diversidad

 Aumento de abundancia de tolerantes  Descenso de la equitatividad

Índices de diversidad  Varios  Shannon

 Simpson  Margalef

 Pieolu  Son mejores con la determinacion al nivel de especies  No son ideales para biomonitoreo

Clasificación de la calidad del agua según el índice de Shannon (H´) Esquema de Wilhm y Dorris (1968) H´

Condición

Esquema de Staub et al. (1970) H´

Condición

Ramírez y Roldán (2008) H´

Condición

>3

Agua limpia

3.0 - 4.5

Contaminación débil

3.0-3.5 Aguas muy limpias

1 -3

Contaminación moderada

2.0 -3.0

Contaminación ligera

1.5-3.0

Aguas medianamente contaminadas

1.0 - 2.0

Contaminación moderada

0.0-1.5

Aguas muy contaminadas

0.0 - 1.0

Contaminación severa

Índice saprobio  Organismos pueden vivir en determinados niveles de contaminación  Desde ambientes altamente contaminados hasta los que están en ambientes sin contaminación  Se utilizan todos los organismos del agua a nivel de especies  Solo ve contaminación orgánica

 Combina la presencia, la abundancia y el grado de intolerancia a la contaminación

Métodos de evaluación Índices bióticos Uso de especies o conjuntos de especies indicadoras Reflejo de las condiciones del medio Requerimientos específicos  En relación a un conjunto de variables físicas, químicas y biológicas

Índices bióticos

 Diferentes niveles  individuo, poblaciones,

comunidades, ecosistemas  Índices bióticos basados en la premisa que los niveles de

tolerancia difieren entre los diferentes organismos

Índices bióticos  Se basan en la aparición y desaparición de especies con diferentes grados de sensibilidad  Son indicadores del efecto de la contaminación

orgánica e inorgánica, de la toxicidad aguda, de los cambios físicos y del proceso de auto purificación  Integran el concepto de diversidad con la composición y la adaptabilidad de los taxa

Índices bióticos  Son un reflejo de las condiciones físicoquímicas  Dan información de lo que esta sucediendo en los ambientes acuáticos  Tanto del presente como de cierto tiempo antes

de la toma de las muestras

Aplicación de índices bióticos

Índices bióticos  Pueden ser utilizados a diferente nivel taxonómico  Para varios de ellos no es necesario cuantificar la abundancia de los grupos  Sólo se registra su ausencia o presencia  A cada taxón se le asigna un puntaje de acuerdo

a su tolerancia a la contaminación orgánica

Estimación de los índices  Valores de tolerancia son para un solo tipo de contaminación (usualmente contaminación

orgánica)  Necesidad de adaptarlo a condiciones  locales / regionales  Cuba, Costa Rica, Colombia, El Salvador

Índice

País

Año

Trent Biological Index (BI)

Inglaterra

1964

Índice Biotique (IB)

Francia

1968

Chandler Biotic Store (BS)

Escocia

1970

Índice Biologique de Qualite Biol. Generale (IQBG)

Francia

1976

Índice Biótico de Familias (IBF)

Estados Unidos 1977

Extended Biotic Index (EBI)

Reino Unido

1978

Biological Monitoring Working Party Score (BMWP)

Reino Unido

1978

Belgian Biotic Index (BBI)

Bélgica

1983

Besos y Llobregat (BILL y FBILL)

España

1983

Danish Stream Fauna Index (BBI)

Dinamarca

1984

Indice Biological Global (IBG)

Francia

1985

Biological Monitoring Working Party Score (BMWP’)

España

1986

Índices bióticos  Puntuaciones  Menos tolerantes  Más tolerantes  10 2

 Índice: suma de todas las puntuaciones  Ejm: 2+2+2+2 = 8

malo

 Ejm: 10+2+2+8+8+10+10 = 50

bueno

BMWP  Método de puntaje simple para todos los grupos de macroinvertebrados encontrados

 Solamente requiere la identificación hasta el nivel taxonómico de familia y datos de

presencia  El puntaje está en escala del 1 al 10  De acuerdo al grado de tolerancia a la contaminación orgánica

BMWP (Biological Monitoring Working Party) Hellawell, 1978 FAMILIAS

PUNTUACION

Heptageniidae, Goeridae, Perlidae, Ephemeridae, y otras……………

10

Astacidae, Lestidae, y otras……

8

Ephemerellidae, Nemouridae y otras….

7

Gammaridae y otras…….

6

Dryopidae, Elmidae y otras….

5

Baetidae, Caenidae y otras…

4

Nepidae, Asellidae y otras…

3

Chironomdae y otras…

2

Oligochaeta

1

Clases de calidad de las aguas según el índice BMWP Clase

Calidad

Valor >150

I

Buena

Significado

Color

Aguas muy limpias

101-120 Aguas no contaminadas o no alteradas de modo

Azul

sensible II

Aceptable

61-100

Son evidentes algunos efectos de contaminación

III

Dudosa

36-60

Aguas contaminadas

Amarillo

IV

Crítica

16-35

Aguas muy contaminadas

Naranja

V

Muy