Los bioindicadores como herramienta de evaluación de la calidad de agua en uno de los afluentes del Río Combeima (página 2)

Cuando se habla de características ideales de un bioindicador, se observa que solos unos pocos organismos podrían estrictamente satisfacer estos requerimientos. Para definir un bioindicador de calidad de agua, primero debe conocerse la flora y la fauna acuáticas de la región de estudio. Así, para regiones de zonas templadas como Europa y Estados Unidos, ya existen organismos plenamente identificados hasta el nivel de especie, con su valor y peso indicativo. Para los países tropicales, se tiene sólo un conocimiento aún deficiente hasta el nivel de familias y de géneros, y poco o nada en cuanto a las especies.

Ghetti y Bonzzi (1981) consideran los macroinvertebrados acuáticos como los mejores bioindicadores de la calidad del agua. Les siguen, en su orden, las algas, los protozoos, las bacterias y en menor grado los peces, las macrofitas, los hongos y los virus.

Las razones por las que se consideran los macroinvertebrados como los mejores indicadores de la calidad del agua son las siguientes:

• Son abundantes, de amplia distribución y fáciles de recolectar.

• Son sedentarios en su mayoría y, por tanto, reflejan las condiciones locales.

• Relativamente fáciles de identificar, si se comparan con otros grupos, como las bacterias, virus, entre otros.

• Presentan los efectos de las variaciones ambientales de corto tiempo.

• Proporcionan información para integrar los efectos acumulativos.

• Poseen ciclos de vida largos.

• Son apreciables a simple vista.

• Se pueden cultivar en el laboratorio.

• Responden rápidamente a tensores ambientales.

• Varían poco genéticamente.

Respuesta de las comunidades de macroinvertebrados a la contaminación

Metcalf (1989) distingue tres enfoques principales para evaluar la respuesta de las comunidades de macroinvertebrados a la contaminación. Estos son: el saprobio, el de diversidad y el biótico.

El enfoque saprobio

Kolkwitz y Marsson (1908,1909) designaron en Alemania el termino saprobio (del griego descompuesto, rancio)para referirse a la capacidad que tenían ciertos organismos de vivir en determinados niveles de contaminación. Distinguieron tres niveles de autopurificación o saprobiedad:

• Zona polisapróbica: predominante de procesos reductivos.

• Zona mesosapróbica: parcialmente reductiva con procesos predominantemente oxidativos.

• Zona oligosapróbica: exclusivamente procesos oxidativos.

Posteriormente estos mismos autores dividieron las zonas mesosapróbica en alfamesosapróbica para referirse a muy alta contaminación betamesosapróbica para contaminación media. luego añadieron un quinto nivel que llamaron catabórico, para referirse a aguas muy limpias. Utilizando cerca de 800 plantas y animales saprobiontes, desarrollaron el sistema sapróbico de clasificación, así:

• Altamente contaminado: Zona polisapróbica

• Muy contaminado: zona alfamesosapróbica

• Moderadamente contaminado: zona betamesosapróbica

• Poco contaminado: Zona oligosapróbica

• Sin contaminación: Zona catabórica

Lauterborn (1915) incremento la lista anterior agregando datos ecológicos y fisiológicos de los organismos. Kolkwizt (1935,1950) hizo una revisión del sistema soprobiodefiniendo varios niveles sapróbicos, así reducción química, oxidación incipiente, oxidación predominante y oxidación total. Finalmente introdujo otros niveles intermedios:

• Polisapróbico / alfamesosapróbico

• Alfamesosapróbico / betamesosapróbico

• Betamesosapróbica / oligosapróbico

Liebmann (1962) empleó el sistema sapróbico añadiendo cerca de 206 especies más. Selecciono también especies indicadoras de ácido sulfhídrico H2S e introdujo, además, los análisis de oxigeno disuelto, porcentaje de saturación y demanda bioquímica de oxígeno (DBO5). Al igual que los otros sistemas de bioindicación, el sistema saprobico se desarrolló para dar un índice numérico, conocido como índice sapróbico. En la actualidad, en Alemania se utiliza ampliamente el sistema sapróbico como una metodología para evaluar la calidad del agua de todo el país. Cada 5 años se actualizan los mapas de calidad del agua de cada región.

En el sistema saprobio se utilizan todos los organismos acuáticos, desde los hongos y las algas hasta los vertebrados, como indicadores de la calidad del agua. También se tienen en cuenta algunos aspectos fisicoquímicos como la DBO5, el amonio NH4 –N y el oxígeno disuelto. Igualmente se incluye el índice sapróbico el cual es un valor que va de 1.0 a 4.0 y se obtiene mediante la ecuación señalada a continuación.

Donde:

S = índice sapróbico

i = número de orden de los taxones

Si = valor de saprobiedad de los taxones

A = abundancia de los taxones

G = peso indicativo de los taxones

n = número de taxones

La ventaja del sistema sáprobico es que incluye gran variedad de taxones y es aplicable a todo tipo de ríos.

La desventaja consiste en que los bioindicadores deben emplearse a nivel de especie y en el neotrópico esta información aún no esta disponible.

El enfoque de la diversidad

Incluye tres componentes fundamentales de las comunidades naturales: riqueza, uniformidad y abundancia para describir la respuesta de la comunidad a la calidad ambiental. Una comunidad natural se caracteriza por presentar una gran diversidad de especies y un bajo número de individuos por especie; o u bajo número de especies y muchos individuos de éstas. Una comunidad bajo la presión de la contaminación se caracteriza por poseer un bajo número de especies con un gran número de individuos por especie. Esta situación también se observa en la naturaleza en lugares como en las grandes profundidades de los lagos y el mar, grandes alturas en las montañas y en temperaturas extremas. Con base en lo anterior, la diversidad de la comunidad se considera una medida de la calidad del agua.

Se han desarrollado varios índices para medir la calidad del agua. Uno de los mas conocidos es el de Shannon-Weaver (1949). Este índice refleja igualdad: mientras más uniforme es la distribución entre las especies que componen la comunidad, mayor es el valor. La formula para expresar la diversidad según el anterior índice es:

Donde:

H" = índice de diversidad

ni = número de individuos por especie

n = número total de individuos

log n = logaritmo natural

Existen otros índices de diversidad como el se Simpson (1949) y el de Margalef (1951), pero al igual que el anterior tienen para nuestro medio la limitante del uso de los organismos a nivel de especie. Por supuesto, si se pueden diferenciar las especies (por ejemplo sp1, sp2. sp. 3…) se pueden usar estas formulas para obtener resultados de manera aproximada. La siguiente es la fórmula para el índice de diversidad de Simpson (1949)

Donde:

ni = número de individuos por especie

N = número de individuos;

y para el índice de diversidad de Margalef (1951):

I = S – 1 / log n N

Donde:

S = número de especies

N = número de individuos

Log n = logaritmo natural

Aunque el concepto de diversidad es muy atractivo, sus resultados pueden variar con los métodos de muestreo, la naturaleza del sustrato y la época del año.

El enfoque biótico

Incluye los aspectos esenciales de la soprobiedad, combinando una medida cuantitativa de diversidad de especies con la información cualitativa sobre la sensibilidad ecológica de taxones de individuos en una expresión numérica simple. Beck (1955) propuso el índice biótico en los Estados Unidos basado en la relación entre especies intolerantes y tolerantes a la contaminación; los valores se encuentran entre 0 y 10.

En el índice biótico de Beck (1955) tenemos:

I = 2Si – 2SI

Donde:

Si = numero de especies intolerantes

SI = número de especies tolerantes a la contaminación (rara vez supera 10)

Pantle y Back (1955) propusieron un índice basado en el grado de saprobiedad de Liebmann (1951).

Según ellos el índice de saprobiedad sería:

Donde:

s = grado de saprobiedad (oligo = 1; poli = 4 )

h = abundancia (rara: 1; frecuente: 3; abundante: 5)

Kothé (1962) sugirió un índice basado en el número de especies aguas arriba y aguas abajo después de la descarga. También se conoce como "déficit de especies" o "perdida de especies". Para este índice se tendrá entonces:

Donde:

Su = número de especies aguas arriba.

Sd = número de especies después de la descarga.

Cualquier índice tiene su utilidad y valor de acuerdo con el criterio con que se use y con el conocimiento que se tenga de la fauna local.

El método BMWP para Colombia

(BMWP / Col.)

El Biological Monitoring Working Party (BMWP) fue establecido en Inglaterra en 1970, como un método sencillo y rápido para evaluar la calidad del agua usando los macroinvertebrados como bioindicadores. Las razones para ello fueron básicamente económicas y por el tiempo que se requiere invertir. El método sólo requiere llegar hasta nivel de familia y los datos son cualitativos (presencia o ausencia). El puntaje va de 1 a10 de acuerdo con la tolerancia de los diferentes grupos a la contaminación orgánica. Las familias más sensibles como Perlidae y Oligoneuriidae reciben un puntaje de 10; en cambio, las más tolerantes a la contaminación, por ejemplo, Tubificidae, reciben una puntuación de 1. La suma de todos los puntajes de todas las familias proporciona el puntaje total BMWP. El puntaje promedio por taxón conocido como ASPT (Average Store per Taxón), esto es, el puntaje total para la evaluación del sitio. Los valores ASPT van de o a 10; un valor bajo de ASPT asociado a un puntaje bajo de BMWP indicará condiciones graves de contaminación. Los valores de puntaje para las familias individuales reflejan su tolerancia a la contaminación con base en el conocimiento de la distribución y la abundancia.

Teóricamente, una medida ideal de la calidad del agua estaría dada por la determinación del grado de composición al cual una comunidad difiere de la que fue considerada típica para un determinado ecosistema acuático. Usando un modelo computarizado llamado RIPACS (River Invertebrate Prediction y Classification System) desarrollado en Inglaterra, es posible comparar la comunidad de invertebrados encontrada en un sitio determinado con la prevista en un lugar no contaminado.

La bioindicación en Colombia se remonta a los años setenta con los trabajos de Roldán, et al.,(1973), cuando por primera vez se realizo un estudio de la fauna de macroinvertebrados como indicadores del grado de contaminación del río Medellín. Posteriormente Matthias y Moreno (1983) realizaron un estudio fisicoquímico y biológico del mismo río utilizando los macroinvertebrados como indicadores de la calidad del agua. Bohórquez y Acuña, (1984) realizaron los primeros estudios para la sábana de Bogotá. Roldán (1988) público la primera guía para la identificación de los macroinvertebrados acuáticos en el departamento de Antioquia, y luego se comprobó su aplicación para la mayoría de los países neotropicales. También en 1992 publicó el libro Fundamentos de Limnología Neotropical y posteriormente adaptó el sistema del BMWP para evaluar la calidad del agua en Colombia mediante el uso de macroinvertebrados acuáticos. Zúñiga de Cardoso (1997) hicieron una adaptación de esta metodología para algunas cuencas del valle del cauca. Reinoso (1998) realizó un estudio del río Combeima en el departamento del Tolima. Después Zamora (1999) realizó una adaptación del índice BMWP para la evaluación de la calidad de las aguas epicontinentales en Colombia, y finalmente, Roldán (2001) adató el sistema para la cuenca de Piedras Blancas en el departamento de Antioquia.

Con base en el conocimiento que actualmente se tiene en Colombia sobre los diferentes grupos de macroinvertebrados hasta el nivel de familia, se propone utilizar el método BMWP / Col. Como una primera aproximación para evalúa los ecositemas acuáticos del país.

En la siguiente tabla se presenta la adaptación realizada del BMWP / Col. Para los macorinvertebrados presentes en Colombia.

Tabla 1 Puntaje de las familias de macroinvertebrados acuáticos para el índice BMWP / Col.

Mapas de la calidad del agua

La tabla 2 muestra las cinco clases de calidad de aguas resultantes al sumar la puntuación obtenida por las familias encontradas en un ecosistema determinado. El total de los puntos se designan como valores BMWP / Col. De acuerdo al con el puntaje obtenido en cada situación, se califican las distintas clases de agua, asignándoles a cada un de ellas un color determinado. Este color es el que se usa luego para marcar los ríos y corrientes en el mapa de la región estudiada.

Tabla 2. Clases de calidad de agua, valores BMWP / Col,. Significados y colores para representaciones cartográficas.

Principales órdenes de macroinvertebrados

EPHEMEROPTERA: El conocimiento de los ephemerópteros en el Neotrópico aún es escaso e incompleto. A pesar de que se conocen estudios desde finales del siglo pasado, no puede hablarse de que existan un estudio sistemático de este gripo en América del sur.

Biología: Los ephemerópteros reciben este nombre debido a su vida corta o "efímera" que llevan como adultos. Algunos pueden vivir en este estado sólo cinco minutos, pero la mayoría vive de a tres o cuatro días; durante este tiempo alcanzan la madurez sexual y se reproducen.

Los huevos los depositan generalmente en la superficie del agua y poseen estructuras que les permite fijarse al sustrato. La respiración la realizan a través de agallas, generalmente abdominales, las cuales varían en forma y número de acuerdo con la especie.

Ecología: los ephemerópteros viven por lo regular en agua corrientes, limpias y bien oxigenadas; solo algunas especies parecen resistir cierto grado de contaminación. En general, se consideran indicadores de buena calidad del agua. Sus ninfas se encuentran normalmente adheridas a rocas, troncos, hojas, o vegetación sumergida; algunas pocas especies se encuentran enterradas en los fondos lodosos o arenosos. Las ninfas son prácticamente herbívoras y se alimentan de algas y tejidos de plantas acuáticas. A su vez, las ninfas de los ephemerópteros constituyen una parte importante en la dieta alimenticia de los peces, especialmente la trucha (salmo) y la sabaleta (Brycon).

Distribución geográfica: los ephemerópteros son prácticamente cosmopolitas, estando ausentes sólo en Nueva Zelanda y algunas pequeñas islas. Sólo la familia Euthyplociidae es típicamente neotropical.

Taxonomía: la conformación del aparato bucal, le número, la forma y disposición de las agallas y de los filamentos caudales, son, entre otras, características útiles en la clasificación de las ninfas de los ephemerópteros.

ODONATA: Los odonatos, llamados también libélulas o caballitos del diablo, son insectos hemimetábolos, cuyo periodo larval es acuático, empleando desde dos meses hasta tres años en su desarrollo hasta adulto, de acuerdo con le tipo de especie y el clima. En su estado adulto, viven desde pocos días hasta tres meses.

Biología: los odonatos han sobrevivido unos 200 millones de años sin ningún cambio apreciable. La mayoría de los odonatos ponen su s huevos sobre la vegetación flotante o emergente. La eclosión de los huevos se realiza entre los 5 y 40 días después de la postura. Las larvas son generalmente depredadoras, para lo cual juega un papel muy importante su aguda visión. El intercambio gaseoso se realiza a través de la piel y agallas anales.

Ecología: los odonatos viven en pozos, pantanos, márgenes de lagos y corrientes lentas y poco profundas; por lo regular, rodeados de abundante vegetación acuática sumergida o emergente. Viven en aguas limpias o ligeramente eutroficazas. Un gran número de especies de este orden presenta larvas 3000m de altura y sobre el nivel del mar.

Taxonomía: están los subórdenes Zygoptera y Anisoptera, extendida a lo largo del territorio Antioqueño según estudios recientes. La familia Libellulidae es la más ampliamente representada. Los géneros mas comunes en nuestro medio son: Erypthemis, Erytodiplax, Brechmorhoga, Sympetrum, Orthemis, Pantala, y Tramea.

PLECOPTERA: Los plecópteros suramericanos constituyen un grupo pequeño y poco conocido. Hasta ahora sólo se conocen dos familias Gripopteridae, de origen sureño y Perlidae (subfamilia Acroneuriinae) de origen norteño.(Roldán 1978)

Biología: las ninfas de los plecópteros se caracterizan por tener dos cerci, largas antenas, agallas toráxicos en posición ventral, y a veces agallas anales. Su tamaño varia entre los 10 y 30 mm y su coloración puede ser amarillo pálido, parduzco hasta café oscuro o negro. La respiración la realiza por medio de las agallas y a través de la superficie corporal. Los huevos los ponen sobre el agua durante el vuelo. La eclosión de los huevos y de la emergencia de las ninfas de los trópicos no se conoce, es posible que se haga a lo largo del año, alternando los períodos de lluvia y sequía.

Ecología: las ninfas de los plecópteros viven en aguas rápidas, bien oxigenadas, debajo de piedras, troncos, ramas y hojas. En Antioquia se ha observado que son especialmente abundantes en riachuelos con fondo pedregoso, de corrientes rápidas y muy limpias situadas alrededor de los 2.000m de altura. Son por lo tanto, indicadores de aguas muy limpias y oligotroficas.

Distribución geográfica: los plecópteros son prácticamente cosmopolitas. En el trópico norte la familia predominante es Perlidae. Sobre este grupo aún no existen estudios para Colombia.

Taxonomía: para su clasificación se tiene en cuenta la distribución y la forma de las agallas, la presencia de almohadillas halares y la posición de los ojos compuestos.

NEUROPTERA (Megaloptera): En el presente estudio sólo se considerará el suborden Megaloptera, por ser el único que se ha encontrado en nuestro medio.

Ecología: viven en aguas corrientes limpias, debajo de piedras, troncos y vegetación sumergida; son grandes depredadores. En general, se pueden considerar indicadores de aguas oligotróficas o levemente mesotróficas.

Biología: El tamaños de los individuos de la familia Corydalidae varía entre los 10 y 70 mm; son tal vez uno de los insectos más grandes y llamativos que se encuentran en el agua. Su coloración es por lo regular oscura. Se caracterizan por poseer un par de mandíbulas fuertes y grandes y por tener un par de propatas anales, lo que los diferencia de la otra familia (Sialidae), la cual posee un solo filamento Terminal, los huevos son puestos sobre la vegetación semiacuática. En zonas templadas su desarrollo completo toma hasta dos o tres años, pero en el trópico aún no se conoce nada al respecto.

Distribución geográfica: los megalopteros están ampliamente distribuidos en toda América, pero los reportes son aún tan escasos que no se pude decir con certeza cual es su real distribución.

HEMIPTERA: Se conocen cerca de 400 especies del infraorden nepomorpha (verdaderamente acuáticos) y alrededor de 315 del infraorden Gerromorpha (subacuaticos) en el trópico americano (Nieser1981).

Biología: Los hemípteros, llamados también "chinches de agua", se caracterizan por poseer las partes bucales modificadas y tener un "pico" chupador insertado cerca al extremo anterior de la cabeza. Las alas anteriores (hemiélitros) son de consistencia dura en su posición basal; en cambio las alas posteriores son totalmente membranosas. Dentro del grupo existe polimorfismo alar en la mayoría de las familias; es frecuente encontrar dentro de una misma especie individuos macrópteros, branquipteros y ápteros.

Los hemípteros son hemimetábolos, es decir, su metamorfosis es simple y gradual. La postura de los huevos se realiza sobre el sustrato, sobre el suelo, plantas y aún sobre el dorso de los machos, como es el caso de Belostoma. La respiración no es exclusivamente acuática, por lo tanto, disponen de variadas adaptaciones para tornar el oxígeno del aire, como tubos anales, Canals abdominales y reservorios dorsales donde están localizados los espiráculos, entre otros.

Ecología: los hemípteros viven en remansos de ríos y quebradas: poco resisten las corrientes rápidas. Son frecuentes también en lagos, ciénagas y pantanos. Algunas especies resisten cierto grado de salinidad y las temperaturas de las aguas termales. Los hemípteros son depredadores de insectos acuáticos y terrestres; las especies más grandes pueden alimentarse de peces pequeños y crustáceos.

Distribución geográfica: los hemípteros son cosmopolitas, conociéndose cerca de 3000 especies alrededor del mundo, de estas, cerca de 700 se han reportado en el trópico.

COLEOPTERA: El orden coleóptera es uno de los más extensos y complejos. Debido a que muchos de ellos son semiacuáticos, a veces es difícil definirlos como acuáticos o terrestre; aun mas, algunas formas terrestres pueden caer accidentalmente al agua, lo hace más difícil su clasificación, para quienes no son expertos.

El conocimiento de los coleópteros acuáticos del trópico es aun incipiente y la claves son, en su mayoría antiguas y poco ilustradas.

TRICHOPTERA: Los tricópteros son insectos que se caracterizan por hacer casa o refugios que construyen en un estado larval, los cuales sirven a menudo para su identificación.

Biología: Los tricópteros son insectos holometábolos cuyas larvas viven en todo tipo de hábitat. La mayoría de los tricópteros requieren uno o dos años para su desarrollo, a través de los cuales pasan por cinco a siete estadios. La etapa pupal dura de dos a tres semanas, al cabo de las cuales sale el adulto. Los adultos son muy activos en las primeras horas de la noche. Las hembras depositan el huevo en el agua y los encierra por lo regular en una masa gelatinosa.

Una de las características más llamativas de los tricópteros es su capacidad de construir casas o refugios, de formas variadas, a menudo, propios de cada especie. Los refugios fijos al sustrato les sirven por lo regular de protección y captura de alimento. Las casas portables le sirven de protección y de movimiento en busca de oxígeno y alimento. Las larvas se alimentan de material vegetal y algas que encuentran sobre las rocas. Algunas larvas son depredadoras.

Ecología: la mayoría de los tricópteros viven en aguas corrientes, limpias y oxigenadas debajo de piedras, troncos y material vegetal, algunas especies viven en aguas quietas y remansos de ríos y quebradas. En general, son buenos indicadores de aguas oligotróficas.

Distribución geográfica: los tricópteros son cosmopolitas, pero para el neotrópico se han descrito familias, géneros y especies propias de la región.

Taxonomía: en la clasificación de los tricópteros se tiene en cuenta la presencia o no de placas esclerotizadas en los segmentos torácicos; la presencia o ausencia de agallas branquiales en el abdomen; si el labrum es membranoso o no y el número de setas a lo largo de la parte central, y longitud de la antena, entre otros. También la forma y el tipo de material de las casas o refugios es una característica de valor taxonómico a nivel de familia principalmente.

DIPTERA: Los dípteros acuáticos constituyen un de los ordenes de insectos más complejos, más abundantes y más ampliamente distribuidos en todo el mundo. Su literatura a nivel mundial es tan abundante, que para analizarla con cierto grado de detalle, habría que hacerlo por familias, y en ciertos casos por géneros.

Biología: el orden díptero se considera uno de los principales grupos.

Características morfológicas: Las larvas de dípteros no poseen patas torácicas. El cuerpo esta formado por tres segmentos torácicos y nueve abdominales, es blando y cubierto de cerdas, espinosas apicales o corona de ganchos en prolongaciones que ayudan a la locomoción o adhesión al sustrato. La coloración es amarillenta, blanca o negra. Respiran a través de cutícula o mediante sifones aéreos; otros poseen agallas traqueales y otros pigmentos respiratorios (hemoglobina) para sobrevivir en zonas escasa de oxígeno.

Ecología: su hábitat es muy variado; se encuentran en ríos, arroyos, quebradas, lagos, en todas las profundices, depósitos de agua en las brácteas de muchas plantas y en orificios de troncos viejos, y aun en las costas marinas. Existen representantes de aguas muy limpias como la familia Simulidae o contaminadas como la familia Tipulidae y chironomidae. En cuanto su alimentación es muy variada.

Distribución geográfica: los dípteros son cosmopolitas.

Taxonomía: para su clasificación se tiene en cuenta la esclerotización de la cabeza si esta es o no retractil, si las mandíbulas funcionan en un plano horizontal o vertical; si la cabeza esta o no fusionada con el tórax, o si el cuerpo es aplanado o cilíndrico, entre otras.

Bibliografía

• ROLDAN PEREZ, GABRIEL; BIOINDICACION DE LA CALIDAD DEL AGUA EN COLOMBIA ; Editorial Universidad Antioquia; Antioquia – Medellín; Junio de 2003

• ROLDAN PEREZ, GABRIEL; FUNDAMENTOS DE LIMNOLOGIA; Editorial Universidad Antioquia; Antioquia – Medellín; Agosto de 1992. ISBN 958–655–081–8

• WETZEL, ROBET G; LIMNOLOGIA; Ediciones Omega, S.A., Barcelona, 1981. ISBN 84-282-0601-5.

Autor:

Claudia Montes

Marcela Bohorquez