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CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA DE DESCONTAMINACIÓN PRODUCTIVO DE AGUAS SERVIDAS EN LA FINCA PECUARIA INTEGRADA DE LA UNIVERSIDAD EARTH: II. BIOINDICADORES K. Garcés, R. Gutiérrez, B. Kohlmann1, J. Yeomans, R. Botero Universidad EARTH Las Mercedes de Guácimo, Limón, Costa Rica Recibido 20 de enero 2003. Aceptado 9 de agosto 2006.

RESUMEN Las plantas acuáticas han sido desde años atrás una estrategia efectiva en sistemas de descontaminación de aguas residuales. En este proyecto se analizaron los macroinvertebrados asociados a las plantas acuáticas Eichhornia crassipes, Salvinia minima, Ipomoea acuatica, Pistia stratiotes y Limnocharis flava, en el sistema de descontaminación productiva de las aguas servidas de la Finca Pecuaria Integrada de la Universidad EARTH. Se realizaron dos biomonitoreos de los macroinvertebrados asociados al área foliar y radicular de las plantas acuáticas en cada humedal artificial. En total se encontraron 3299 individuos, distribuidos en 15 órdenes, que se concentran en su mayoría (80 % de la población total) en el humedal artificial 1. El estado de los individuos encontrados en el área radicular era parte adultos y parte larvas. Los individuos localizados en el área foliar, en su mayoría (95 %) se encontraban en estado adulto. Oligochaeta, Homoptera y Coleoptera fueron los órdenes de los macroinvertebrados predominantes en los humedales artificiales 1 y 2, mientras que en los humedales artificiales 3 y 4 pertenecieron a los órdenes Odonata, Gastropoda y Acari. De la totalidad de macroinvertebrados encontrados, 93 % (3060 individuos) fueron indicadores de la calidad de aguas. La mayoría fueron de la familia Oligochaeta (90 %) y en menor número individuos del orden Odonata, Coleoptera, Hemiptera, Gastropoda, Crustacea y Diptera. Los macroinvertebrados indicadores de la calidad de aguas permitieron determinar que sí hay un mejoramiento en la calidad del agua al final del sistema de descontaminación estudiado. De los resultados del BMWP (Biological Monitoring Working Party) modificado al Índice Perca, se determinó que el agua era de mala calidad para los humedales artificiales 1 y 2 y agua de calidad aceptable para los humedales artificiales 3 y 4. Palabras clave: bioindicadores, biomonitoreo, calidad de agua, humedal artificial, plantas acuáticas, sistema de descontaminación. ABSTRACT For many years aquatic plants have been used as an effective strategy for decontaminating wastewaters. This study characterized Eichhornia crassipes, Salvinia minima, Ipomoea acuatica, Limnocharis flava and Pistia stratiotes, aquatic plants present in the decontamination system at the Integrated Livestock Farm of EARTH University, and focused on the role of macroinvertebrates associated with these plants in the decontamination of the wastewaters. To this end, two biomonitoring studies associated with the foliar and radicular areas of the aquatic plants, in the four artificial wetlands, were performed. These samplings revealed a total of 3299 macroinvertebrates distributed in 15 orders, the majority of which (80 %) were concentrated in the first artificial wetland. In general, macroinvertebrates found in the radicular area were both 1

Contacto: Bert Kohlmann ([email protected]) ISSN: 1659-2751

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adults and larvae, whereas macroinvertebrados found in the foliar area were primarily adults (95 %). Families in the orders Oligochaeta, Homoptera and Coleoptera predominated in the artificial wetlands 1 and 2, and families in the orders Odonata, Gastropoda and Acari predominated in the artificial wetlands 3 and 4. Of the total of the macroinvertebrates found, 93 % (3060) were species that are known indicators of water quality. The majority of these (90 %) belonged to the order Oligochaeta but also encountered were macroinvertebrates from the orders Odonata, Coleoptera, Hemiptera, Gastropoda, Crustacea and Diptera. The biomonitoring of macroinvertebrates showed that the water quality was improving as one moved through the four artificial wetlands, indicating that the decontamination system was functioning. Calculations of the BMWP (Biological Monitoring Working Party), modified according to the Perca Index, revealed that the water in the artificial wetlands 1 and 2 was still of poor quality, whereas the artificial wetlands 3 and 4 had an acceptable water quality. Key words: Bioindicators, biomonitoring, water quality, artificial wetland, aquatic plants, decontamination system. INTRODUCCIÓN El biomonitoreo, conocido también como ‘Monitoreo Biológico’, permite determinar la calidad de un cuerpo de agua con base en los artrópodos presentes. Se pueden utilizar organismos acuáticos como indicadores, sin embargo, Pennak (1978) recomienda el uso de invertebrados, puesto que hay bastante conocimiento para su interpretación biológica y ecológica. Al respecto, Kohlmann (2002) añade que los macroinvertebrados son usados como indicadores porque su periodo de vida es lo suficientemente largo como para ser afectados por las condiciones de la calidad de agua. Además, están relativamente inmóviles; tienden a formar comunidades características que se asocian con condiciones físicas y químicas muy particulares y fáciles de colectar. Los métodos de evaluación para determinar la calidad de aguas generalmente empleados son: el Índice de Laidlaw y el Índice ‘Biological Monitoring Working Party’. En este estudio se utilizó el Índice ‘Biological Monitoring Working Party’, el cual determina la calidad de agua basándose en la presencia de familias de invertebrados indicadores. En este método la escala para calificar es de 1 a 10, donde el valor de 10 se asigna a familias de organismos indicadores de aguas de calidad excelente y el valor de 1 a familias de organismos indicadores de aguas con una calidad muy mala. El valor de la sumatoria total se divide por el número total de familias presentes. El resultado se conoce como índice ‘Average Score per Taxon’ o ASPT de la muestra analizada (Schäfer, 1997). Para interpretar la calidad de agua, si el valor del índice ASPT está entre valores de 1 a 3 corresponde a agua de mala calidad; entre 4 y 6 agua aceptable y entre 7 y 10 agua de buena calidad (Kohlmann, 2002). Cabe señalar que en el índice ASTP se consideran únicamente el número de familias y no el de individuos de esas familias, lo cual afecta los resultados. Ante esta situación, Kohlmann (2002) sugiere realizar una modificación en los cálculos. El cambio consiste en dividir el valor de la sumatoria total por el número total de individuos presentes, a lo cual se conoce como índice ‘Perca’ (Baur, 1988). El hábitat de los organismos acuáticos se puede dividir en “macrohábitats” y “microhábitats”. “Macrohábitats” son los lugares donde viven grandes grupos o complejos de organismos, por ejemplo, un lago, un río. Los microhábitats, son lugares específicos en donde viven determinados individuos o especies, por ejemplo, la columna de agua, el fondo de una poza, una roca. Con respecto a los macroinvertebrados, se puede decir que dentro de la clase Insecta del orden Diptera pertenecen las larvas y pupas de los zancudos que viven en aguas estancadas. Por su

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parte dentro de la clase Arachnida, los ácaros generalmente se encuentran asociados a ambientes acuáticos. Los ácaros de agua, diminutos y de colores brillantes (rojo, azul o negro entre otros) y de vida libre, se caracterizan por ser buenos nadadores y se esconden dentro de la vegetación que crece sobre las rocas. Las arañas que viven dentro del agua no se encuentran en Costa Rica, sin embargo hay especies que viven asociadas a ambientes acuáticos (De la Rosa y Barbee, 1993). Los insectos del orden Lepidoptera, en su mayoría, son terrestres. Pero algunas especies viven parte de sus vidas, como larvas y pupas en el ambiente acuático. Las larvas de la Familia Pyralidae, a través de sus agallas laterales respiran el oxígeno del agua. En estado de pupa, los pirálidos permanecen en los refugios de las larvas protegidos de depredadores hasta que emergen como adultos a la superficie (De la Rosa y Barbee, 1993). Los insectos del orden Coleoptera, que representa el mayor grupo de entre lo artrópodos, gran parte son terrestres. Algunos presentan un hábitat acuático, como los élmidos, los ditíscidos, los girínidos y los sefénidos, entre otros. Los élmidos adultos pueden caminar bajo el agua, y para proveerse de oxígeno llevan consigo una burbuja de aire, semejando a un buzo. Los ditíscidos adultos son inofensivos, pero en su estado larval son depredadores de otros insectos acuáticos (De la Rosa y Barbee, 1993). Los adultos de insectos del orden Odonata, se encuentran próximos a los cuerpos de agua, ya que es donde ponen sus huevos o en la vegetación cercana, hasta que se desarrollan como larvas. Las larvas y adultos son depredadores, se alimentan de otros insectos acuáticos y terrestres. El labio de las larvas les sirve para atrapar a sus presas. Al orden Hemiptera pertenecen las chinches acuáticas que se consideran los insectos más grandes y notorios. El aparato chupador parece una jeringa (De la Rosa y Barbee, 1993). Los moluscos pertenecen al orden Gastropoda. Los caracoles comen las algas y pedazos de hojas. Las conchas abandonadas son usadas por otros organismos como fuente de minerales. Los moluscos son comunes del agua dulce y salada. Las especies de agua dulce son importantes en el equilibrio ecológico. Por último, el orden Oligochaeta, son los parientes de las lombrices y viven en los fondos de las pozas. Se encuentran generalmente en aguas con altos contenidos de material orgánico (De la Rosa y Barbee, 1993). La utilización de plantas acuáticas ha demostrado ser una estrategia efectiva en sistemas de descontaminación de aguas residuales. Se caracterizan por su capacidad de extraer diversos compuestos del agua, nitrógeno y fósforo contaminantes provenientes de la actividad agrícola. La relación existente entre macroinvertebrados asociados a las plantas acuáticas se basa en la capacidad de éstas en la descontaminación de aguas y en respuesta a esta acción el desarrollo de determinados macroinvertebrados que son capaces de desarrollarse según el grado de contaminación del medio acuático. Con el análisis de las plantas acuáticas con los macroinvertebrados fue posible definir el tipo de comunidad ecológica que se desarrolla en cada humedal artificial de descontaminación. MATERIALES Y MÉTODOS El sistema de descontaminación productiva de aguas servidas de la Finca Pecuaria Integrada consta de cuatro humedales artificiales de descontaminación. Se realizaron dos muestreos de los macroinvertebrados asociados al área radicular y área foliar de las plantas acuáticas en cada uno de los cuatro humedales artificiales. Las muestras se examinaron en laboratorio y los macroinvertebrados encontrados se colocaron en frascos con alcohol (70 %). Después se identificaron con claves, hasta el nivel de familia.

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Cuadro 1. Puntajes asignados en el Índice BMWP para las familias de macroinvertebrados identificados en Costa Rica. Puntuación Orden † Familia indicadora 10 Odonata Polythoridae Diptera Blephariceridae; Athericidae Ephemeroptera Heptageniidae Plecoptera Perlidae Trichoptera Lepidostomatidae; Odontoceridae; Hydrobiosidae; Ecnomidae 8 Ephemeroptera Leptophlebiidae Odonota Cordulegastridae; Corduliidae; Aeshnidae; Perilestidae Trichoptera Limnephilidae; Calamoceratidae; Leptoceridae; Glossosomatidae Blattodea Blaberidae 7 Coleoptera Ptilodactylidae; Psephenidae; Lutrochidae Odonota

6

5

4

Trichoptera Odonota Megaloptera Trichoptera Ephemeroptera Lepidoptera Trichoptera Coleoptera Ephemeroptera Coleoptera Diptera

Hemiptera

3

Odonota Ephemeroptera Coleoptera

Gomphidae; Lestidae; Megapodagrionidae; Protoneuridae; Platysticitidae Philopotamidae Libellulidae Corydalidae Hydroptilidae; Polycentropodidae; Xiphocentronidae Euthyplociidae; Isonychidae Pyralidae Hydropsychidae; Helicopsychidae Dryopidae; Hydraenidae; Elmidae; Limnichidae Leptohyphidae; Oligoneuriidae; Polymitarcyidae; Baetidae Chrysomelidae; Curculionidae; Haliplidae; Lampyridae; Staphylinidae; Dytiscidae; Gyrinidae; Scirtidae; Noteridae Dixidae; Simulidae; Tipulidae; Dolichopodidae; Empididae; Muscidae; Sciomyzidae; Ceratopogonidae; Stratiomyidae; Tabanidae Belostomatidae; Corixidae; Naucoridae; Nepidae; Notonectidae Calopterygidae; Coenagrionidae Caenidae Hydrophilidae Psychodidae; Valvatidae; Hydrobiidae; Lymnaeidae; Physidae; Planorbidae; Bithyniidae; Bythinellidae; Sphaeridae; Glossiphonidae; Hirudidae; Erpobdellidae; Asellidae Chironomidae; Culicidae; Ephydridae Syrphidae; Oligochatea (todas las clases)

2 Diptera 1 Diptera † Fuente: Roldán (2003), adaptado por Kohlmann (2006).

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El método de evaluación empleado fue el Índice BMWP (Biological Monitoring Working Party) que asigna un número del 1 al 10 a las familias de organismos indicadores de calidad de aguas: valor 1 para familias indicadores de mala calidad de aguas y 10 para indicadores de excelente calidad de agua (Cuadro 1). Para interpretar la calidad de agua, se utilizó el índice ‘Perca’ (Baur, 1988) que se obtiene al dividir el valor de la sumatoria total por el número total de individuos presentes. Valores de 1 a 3 corresponden a agua de mala calidad; entre 4 y 6 agua aceptable; entre 7 y 10 agua de buena calidad (Kohlmann, 2002). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En total se encontraron 3299 macroinvertebrados, distribuidos en 15 órdenes, que en su mayoría (80 %) se concentran en el primer humedal artificial (Figura 1). Existió una mayor presencia de macroinvertebrados en el segundo muestreo (3050 individuos) en relación con el primer muestreo (249 individuos). En el segundo muestreo del área foliar hubo más individuos (113) en relación con el primer muestreo (44 individuos) en los humedales artificiales 1 y 2, que pudo deberse al aumento de malezas en los humedales artificiales y mayor concentración de materia orgánica, provocando el aumento poblacional de plantas acuáticas. El estado de los individuos encontrados en el área radicular era parte adultos y parte larvas. Los individuos localizados en el área foliar, en su mayoría (95 %) eran adultos.

Número de macroinvertebrados

500 Área radicular Área foliar

409 400

300

257 (x 10)

200

102

100

94 68

55 0

0 1

2

3

0 4

Humedales artificiales (FPI) Figura 1. Distribución del total de macroinvertebrados encontrados en los humedales artificiales de descontaminación 1, 2, 3 y 4. La presencia mayoritaria de los Oligochaeta (Enchytraeidae) en los humedales artificiales 1 y 2. En número y tamaño los Enchytraeidae del humedal artificial 1 superaron a los del humedal artificial 2 (Figura 2). El periodo entre un muestreo y otro fue de seis semanas. Durante este tiempo, los humedales artificiales de descontaminación cambiaron al acumular un exceso de biomasa (aumento de población de plantas), sedimentos (materia orgánica y plantas muertas) e

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invasión de malezas. Estos ambientes son el hábitat propicio para la adaptación y reproducción favorable de Enchytraeidae (Roldán, 1994). 38 3

3

8

14

10

8

0

2

Homoptera

15

Acari

24 0

Oligochaeta (x 100)

7

Coleoptera

71

32 0 36 25 8

Odonata

3 74

27

19

8

1

2

Gastropoda 3

4

Humedales artificiales (FPI)

Figura 2. Grupos de macroinvertebrados con mayor presencia en los humedales artificiales de descontaminación 1, 2, 3 y 4. Los macroinvertebrados del muestreo 1 y 2 se concentraron mayormente en el humedal artificial 1 y va descendiendo conforme se acerca al humedal artificial 4. Los grupos predominantes de macroinvertebrados en porcentajes fueron Oligochaeta, Homoptera y Coleoptera en los humedales artificiales 1 y 2, mientras que Odonata, Gastropoda y Acari predominaron en los humedales artificiales 3 y 4 (Figura 2). Esto mostró un comportamiento similar en los humedales artificiales de descontaminación 1 y 2, y diferente con respecto al de los humedales artificiales 3 y 4. Varios macroinvertebrados no se encontraban calificados como indicadores de la calidad de aguas para el índice BMWP, principalmente los siguientes macroinvertebrados: Acari (Eylaoidea), la clase Arachnida y Diptera (Ephrydidae). El factor climático durante este año

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mostró que existieron períodos con una marcada diferencia de estacionalidad (época lluviosa). Esto podía incidir en el comportamiento y dinámica de los macroinvertebrados, puesto que debido a las condiciones ambientales sufrieron cambios en su desarrollo y reproducción. CONCLUSIONES El biomonitoreo (BMWP) modificado con el índice Perca indicó que existió un mejoramiento en la calidad de aguas del inicio del sistema, los humedales artificiales de descontaminación 1 y 2 (agua mala calidad), con respecto a las aguas al final del sistema, los humedales artificiales de descontaminación 3 y 4 (agua de calidad aceptable). De la totalidad de macroinvertebrados encontrados, 93 % (3060 individuos) fueron indicadores de la calidad de aguas. Se recomienda adaptar el modelo de BMWP a condiciones del trópico húmedo, de modo que se puedan cuantificar macroinvertebrados que son indicadores de la calidad de aguas. LITERATURA CITADA Baur, W. 1988. Gewässergüte bestimmen und beurteilen. Berlin, DE. 209 p. De la Rosa, C.; Barbee, N. 1993. Guía de los organismos comunes de las aguas dulces de Costa Rica. Programa de Educación Ambiental. Alajuela, CR. Kohlmann, B. 2002. Manual de Laboratorio de Ecología. Segunda edición. Universidad EARTH. Guácimo, Limón, CR. 277 pp. Pennak, R.W. 1978. Freshwater Invertebrates of the United States. 2nd Edition. John Wiley and Sons. New York, US. 803 p. Roldán, G. 2003. Bioindicación de la calidad del agua en Colombia: Uso del método BMWP/Col. Universidad de Antioquia. Medellín, CO. 170 p. Schäfer, A. 1997. Biogeographie der Binnengewässer. Teubner Studienbücher. Sttuttgart, DE. 258 p.