Características morfológicas de las cianobacterias potencialmente toxicas en los embalses Abreo-Malpaso, El Peñol-Guatapé y Playas, Medellín, Colombia
Karen Jhoana Palacio Gómez
Asesores Dra. Esnedy Hernández Atilano Grupo de Investigación Geolimna Dr. Gustavo Antonio Peñuela Mesa Grupo de Investigación GDCON Dr. Néstor Jaime Aguirre Ramírez Grupo de Investigación Geolimna
Proyecto de investigación presentado como requisito de grado para el título de Ingeniera Ambiental de la Universidad de Antioquia-Colombia
Facultad de ingeniería Ingeniería Ambiental
Universidad de Antioquia Medellín 2016
Tabla de contenido Resumen .................................................................................................................................... 6 Introducción .............................................................................................................................. 6 1. Objetivos ............................................................................................................................... 6 1.1 Objetivo general ............................................................................................................ 6 1. 2 Objetivos específicos ................................................................................................... 6 2. Marco teórico ........................................................................................................................ 7 3. Metodología......................................................................................................................... 10 3.1 Área de estudio ........................................................................................................... 10 3. 2 Diseño de muestreo .................................................................................................... 13 3. 3 Análisis de laboratorio ............................................................................................... 13 • Análisis del fitoplancton .......................................................................................... 13 • Análisis de parámetros fisicoquímicos .................................................................... 16 4. Resultados y análisis........................................................................................................... 16 4.1 Parámetros fisicoquímicos .......................................................................................... 16 4.2 Rasgos morfológicos del fitoplancton ........................................................................ 18 • Embalse Abreo - Malpaso....................................................................................... 18 • Embalse El Peñol - Guatapé ................................................................................... 22 • Embalse Playas ....................................................................................................... 27 • Comparación en el tren de embalses ....................................................................... 31 5. Conclusiones ....................................................................................................................... 37 Referencias bibliográficas...................................................................................................... 38
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Lista de tablas Tabla 1. Niveles de eutrofia en relación al biovolumen geométrico ...................................... 10 Tabla 2. Densidad de organismos en el embalse Abreo - Malpaso ......................................... 18 Tabla 3. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse Abreo - Malpaso ...................................................................................................................... 22 Tabla 4. Densidad de organismos en el embalse El Peñol – Guatapé. .................................... 23 Tabla 5. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse El Peñol – Guatapé ...................................................................................................................... 27 Tabla 6. Densidad de organismos en el embalse Playas ........................................................ 28 Tabla 7. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse Playas ...................................................................................................................................... 30 Tabla 8. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse Abreo – Malpaso y sus características morfológicas ..................................................................................................... 32 Tabla 9. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse El Peñol – Guatapé y sus características morfológicas ..................................................................................................... 32 Tabla 10. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse El Peñol – Guatapé y sus características morfológicas ..................................................................................................... 33 Tabla 11. Características y recomendaciones relacionadas con las cianobacterias de importancia en el estudio.......................................................................................................... 33 Tabla 12. Descripción de los niveles de riesgo para el cuerpo de agua. ................................. 35 Tabla 13. Nivel de riesgo calculado en cada uno de los embalses, en relación a las variables morfológicas estudiadas en el fitoplancton. ............................................................................. 36
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Lista de figuras Figura 1. Microcystis aeruginosa .............................................................................................. 9 Figura 2. Localización espacial embalse Abreo Malpaso ....................................................... 11 Figura 3. Localización espacial embalse El Peñol - Guatapé ................................................. 12 Figura 4. Localización espacial embalse Playas ..................................................................... 12 Figura 5. Tren de embalses, estaciones de muestreo .............................................................. 13 Figura 6. Resumen de la metodología implementada ............................................................. 14 Figura 7. Algunas formas geométricas básicas y fórmulas para el cálculo del biovolumen . 15 Figura 8. Análisis de componentes principales (ACP) de variables ambientales en estaciones y muestreos de los tres sistemas de estudio.............................................................................. 17 Figura 9. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse Abreo – Malpaso ....................... 18 Figura 10. Fotografías del embalse Abreo - Malpaso ............................................................. 19 Figura 11. Características morfológicas del fitoplancton del embalse Abreo – Malpaso. ...... 20 Figura 12. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse El Peñol – Guatapé.................... 23 Figura 13. Fotografías de la primera estación del embalse El Peñol Guatapé. ....................... 24 Figura 14. Características morfológicas del fitoplancton del embalse El Peñol – Guatapé. .. 25 Figura 15. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse Playas. ....................................... 27 Figura 16. Fotografías del embalse Playas .............................................................................. 28 Figura 17. Características morfológicas del fitoplancton del embalse Playas ........................ 29 Figura 18. Variables morfológicas Biovolumen, Relación S/V y DLM en el tren de embalses... ................................................................................................................................ 21
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Resumen La contaminación por cianotoxinas constituye un especial interés en los cuerpos de agua, especialmente en aquellos de uso humano, debido a los diversos impactos negativos que las floraciones de cianobacterias potencialmente toxicas pueden ocasionar sobre la salud del hombre. Dada la importancia recreacional y de abastecimiento de los embalses AbreoMalpaso, Peñol-Guatapé y Playas, en el oriente del departamento de Antioquia, Colombia, en este estudio se estima la biomasa de cianobacterias planctónicas y su relación S/V, con el fin de comprender las estrategias ecológicas que desde su morfología promueven su proliferación e igualmente, proponer iniciativas de programas de prevención de riesgo según las características ambientales de dichos embalses. Para ello, durante cuatro campañas de muestreo en tres diferentes estaciones para cada uno de estos cuerpos de agua, se analizó el biovolumen celular de colonias y filamentos de cianobacterias y se estimó el volumen geométrico de probables especies tóxicas que podrían constituir una alarma ambiental de riesgo biológico en este tren de embalses. Se encontró dentro de la división Cyanophyta con potencial de producción de cianotoxinas los géneros Microcystis sp, Woronichinia sp. y Aphanocapsa sp., además de la especie Radiocystis fernandoi, cianobacterias relacionadas con la producción de microcystina principalmente. Aunque en los embalses Playas y Abreo – Malpaso no se determinó un nivel de riesgo importante por la presencia de cianobacterias, se resalta la necesidad de implementar monitoreos constantes de la proliferación de estos organismos, que puedan generar alertas tempranas para la toma de acciones en eventos de desarrollo masivo de cianobacterias. En el embalse El Peñol – Guatapé se determinó la mayor biomasa de cianobacterias, especialmente del género Microcystis sp. con un biovolumen promedio de 4.63mm3/L, pero llegando a alcanzar valores máximos de 18.95 mm3/L, además de elevadas dimensiones lineales máximas, aunque bajos valores de relación superficie/volumen. En este embalse se determinó además una concentración de células por unidad de volumen (cél/ml) superior a los valores permisibles para aguas de consumo humano y recreacional, por lo que, si bien no es posible determinar una alerta por floraciones de cianobacterias potencialmente tóxicas, es necesario establecer medidas de control y prevención en estos cuerpos de agua, así como la divulgación de los peligros asociados a estos organismos, especialmente a habitantes de la zona de influencia del embalse, con el fin de evitar futuras floraciones de cianobacterias, una posible presencia de cianotoxinas y afectaciones graves a seres humanos y animales.
Palabras clave: Cianobacterias, cianotoxinas, biovolumen, embalse.
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Introducción Debido a la alta y creciente demanda del recurso hídrico y la necesidad de satisfacer igualmente el requerimiento energético de la sociedad moderna, en diferentes partes del mundo ha sido necesario implementar diversos métodos que posibiliten un amplio abastecimiento de agua y una alta generación de energía. De acuerdo a esto, es común la implementación de obras de origen ingenieril, como lo es la construcción de embalses, que puedan servir de fuente para dicho abastecimiento en diferentes regiones y desempeñar el papel de fuentes generadoras de energía (Universidad Pontificia Bolivariana, 2013). De acuerdo con lo anterior, una disminución en la calidad ambiental de los embalses podría ocasionar grandes pérdidas dentro del sector hidroeléctrico o bajas condiciones de salubridad, lo que podría constituir un problema mayor para los habitantes abastecidos con el recurso hídrico. En relación a lo anterior, las cianobacterias tóxicas constituyen una importante preocupación a nivel internacional (Bartram et al., 1999) al ser causantes de mortandades masivas de animales (Carmichael, 2001, Alonso) e incluso la muerte de seres humanos (Jochimsen et al., 1998). La especie que con más frecuencia aparece implicada en episodios tóxicos es Microcystis aeruginosa (Martín et al., 2004), por lo que la proliferación de esta cianobacteria dentro de los sistemas acuáticos es siempre motivo de alerta y requiere de estudios importantes para determinar un posible riesgo ante su presencia y evitar su proliferación. En la búsqueda de posibles agentes de riesgo, no solo para el ser humano, sino también para el ambiente en general, se han desarrollado diferentes metodologías orientadas precisamente a determinar aquellos componentes acuáticos que puedan llegar a ocasionar daños en el cuerpo de agua, como es el caso de las cianotoxinas. Es por esto que este estudio evalúa a través de la estimación de la biomasa y las características geométricas de las cianobacterias potencialmente tóxicas, el rol ecológico que propicia tolerancias o sensibilidades y que genera información relevante para complementar los protocolos de alarma ambiental o riesgo biológico en el tren de embalses usados para recreación, generación de energía y suministro de agua potable: Abreo – Malpaso, El Peñol – Guatapé y Playas.
1. Objetivo General Evaluar a través de la morfología geométrica el comportamiento y rol ecológico de los rasgos funcionales de las poblaciones de cianobacterias potencialmente tóxicas en el tren de embalses Abreo - Malpaso, El Peñol - Guatapé y Playas. 1.1 Objetivos específicos Determinar la forma y el biovolumen celular geométrico ocupado por colonias y células de cianobacterias en los embalses Abreo - Malpaso, El Peñol - Guatapé y Playas. Establecer el número de células presentes en las colonias de cianobacterias y el tamaño asociado a estas para cada uno de los embalses. Evaluar si los rasgos morfológicos entre las poblaciones difieren entre los embalses. Determinar a través de los rasgos morfométricos las implicaciones de tolerancia y sensibilidad de las poblaciones registradas en cada sistema acuático. 6
2. Marco Teórico Teniendo en cuenta el acelerado crecimiento poblacional y el aumento de las necesidades básicas sociales y la importancia de instaurar total cobertura para dichos servicios, en Colombia es bastante común la construcción de embalses que puedan servir de fuente de abastecimiento de agua en diferentes regiones o en algunos casos puedan incluso desempeñar el papel de fuentes generadoras de energía (Universidad Pontificia Bolivariana, 2013) es por esto que, como parte de un sin número de proyectos hidroeléctricos en Colombia, durante las últimas décadas se han construido en el país una gran cantidad de embalses (Valderrama, 1986). De acuerdo a lo mencionado por Gabriel Roldán y John Ramírez en el libro Fundamentos de Limnología Neotropical, para una adecuada definición de embalse deben tenerse en cuenta dos aspectos principales: este es considerado una cuenca artificial y debido a sus procesos se toma además como un híbrido entre lago y río. Además de esto, dado que el establecimiento de un embalse implica cambios bruscos de ecosistemas terrestres a acuáticos el entendimiento de los procesos que en estos se realizan depende del conocimiento que en la región se tenga de dichos ecosistemas acuáticos. (Roldán, Ramírez. 2008). Con el fin de obtener precisamente el conocimiento necesario para entender los procesos desarrollados en los diferentes sistemas acuáticos y las implicaciones que cada uno de estos procesos conllevan, diferentes estudios a nivel mundial y en el país han sido orientados a la determinación de las condiciones ambientales del cuerpo de agua, comúnmente utilizando los organismos que en el habitan, ya que la diversidad acuática presente en la zona se constituye como un parámetro que proporciona gran información sobre la calidad del agua y la eficiencia de sus procesos ecológicos. (Villabona et. al, 2010) Entre los parámetros que componen dicha diversidad acuática se encuentra el fitoplancton, ensamblaje compuesto por organismos tanto procariotas como eucariotas (Bold y Wynne, 1985). El Fitoplancton constituye una parte sumamente importante del plancton de los ecosistemas acuáticos, al englobar todas aquellas especies de algas microscópicas unicelulares, filamentosas o coloniales, con capacidad fotosintética y que contienen, entre otros, pigmentos clorofílicos. (Rico, 2013) La estructura de estas poblaciones fotosintéticas es dinámica y se encuentra en constante cambio tanto en su composición taxonómica como en su actividad fisiológica; estos cambios en abundancia y composición de las comunidades fitoplanctónicas dependen en gran medida de diferentes factores: físicos e hidrológicos (luz, temperatura, tiempo de residencia del agua, turbulencia y estabilidad de la columna del agua), químicos (nutrientes, materia orgánica, pH, composición iónica y grado de mineralización) y biológicos (depredación, parasitismo, competencia). (Rico, 2013) Es por lo anterior que los cambios ambientales en los sistemas acuáticos ocasionan repercusiones en las funciones ecosistémicas del fitoplancton, afectando su capacidad de 7
asimilar los nutrientes, la producción de la energía química necesaria para mantener la estructura trófica y finalmente la productividad del sistema, ya que su papel ecológico es fundamental al regular la entrada de energía a este, constituyendo la base de la pirámide trófica. (Bold y Wynne, 1985). El fitoplancton, al formar el primer eslabón de la cadena trófica planctónica, de quien depende el resto de los organismos ubicados en niveles más altos, condiciona la producción de los demás eslabones de dicha cadena. (Bold y Wynne, 1985). Como es evidente, cualquier alteración en los productores primarios afecta directa o indirectamente a todos los organismos consumidores. Por otra parte, estos organismos acuáticos se renuevan rápidamente, constituyéndose como indicadores sensibles a las agresiones ambientales (Hutchinson, 1967) por lo que se convierten en referentes del estado ecológico de cualquier sistema acuático. Así, el estudio del fitoplancton permite obtener una información más precisa y detallada del estado trófico y de la calidad de las aguas, que la obtenida a partir de un simple estudio de las condiciones hidroquímicas (Rico, 2013) Entre los organismos más antiguos identificados dentro de los diferentes ambientes acuáticos se encuentran las cianobacterias, formando grandes colonias principalmente en cuerpos de agua con altos niveles tróficos. (Ramírez y Roldán. al, 2007) Las cianobacterias, conocidas también como algas verdeazules, son organismos que han estado viviendo en el planeta tierra por más de 3 mil millones de años. Se caracterizan por ser procariotas y autótrofas y pueden desarrollarse en ambientes lénticos (lagos y lagunas), suelos húmedos, troncos muertos, cortezas de árboles, algunas en aguas salobres y otras en aguas termales. Con células muy simples realizan fotosíntesis y cumplen papeles fundamentales para la biosfera: la producción de oxígeno, la captación de anhídrido carbónico, así como la introducción de nitrógeno atmosférico al agua. (Bonilla, Aubriot, Piccini, 2013) Sin embargo, algunas especies de cianobacterias pueden producir toxinas, las cuales son clasificadas de acuerdo al modo de acción en: Hepatotoxinas (Microcystinas), Neurotoxinas (Anatoxinas), Irritadoras de piel y otras. Las hepatotoxinas son producidas por varias especies de los géneros Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Nodularia, Nostoc y otros. La mayor parte de las hepatotoxinas se denominan Microcistinas (Microcystins), siendo producidas mayoritariamente por las especies Microcystis aeruginosa y Microcystis viridis. Actualmente se conoce una gran variedad de Microcistinas, la mayoría de estos durante una floración (Bloom). (Carrasco, 2007) Las Microcistinas o Microcystinas son toxinas de estructura heptapeptídica, pues durante el desarrollo de su metabolismo poseen la capacidad de producir toxinas, característica que las hace tóxicas para los humanos, dando lugar a alteraciones gastrointestinales, reacciones alérgicas o irritación. La Microcystis es bastante común y su distribución mundial es mayor que la de cualquier otra cianobacteria toxigénica. Además, es un género que no fija el nitrógeno y que puede vivir a menudo en condiciones inferiores de alimentación o en presencia de alguna sustancia nitrogenada como por ejemplo el amoniaco. (Vela, 2007).
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Figura 1. Microcystis aeruginosa. Tomada de Carrasco, 2007 Las principales vías de exposición a cianotoxinas incluyen la oral a través del agua de bebida y la dermal a través del uso recreacional. Los casos registrados de enfermedad gastrointestinal y hepática que pueden ser atribuidos a toxinas cianobacterianas provenientes de fuentes de suministro de agua, en casi todos los casos han sido coincidentes con la decadencia natural de una floración de cianobacterias o con la lisis artificial de una floración por aplicación de sulfato de cobre. Ambos mecanismos llevan a la liberación de cianotoxinas a partir de la descomposición de las células. Mientras que los procedimientos de tratamiento pueden remover las cianotoxinas ligadas a las células intactas, no son efectivos para remover las cianotoxinas disueltas en estos casos. (García, 2006) Debido a la alta preocupación por floraciones de cianobacterias, la organización mundial de la salud (OMS), en 1998, adoptó un valor guía provisional de 1.0µg/l para microcistina-LR en agua de bebida. A tal fin se consideró que el peso corporal promedio de un adulto es de 60 kg y la ingesta de agua promedio para los adultos es de 2 litros por día. Se utilizó la IDA (Derivación de una Ingesta Diaria Admisible) provisional de 0.04 µg/kg/día y se asumió que el agua de bebida participaría de la IDA en un 0.8. La concentración resultante de 0.96 µg/l se redondeó a 1.0 µg/l. En aguas conteniendo células cianobacterianas, este valor guía debería ser aplicado a la concentración total de Microcistinas (ligadas a las células y extracelulares). (García, 2006). Es debida a esta creciente preocupación por la floración acelerado de cianobacterias potencialmente tóxicas que diferentes metodologías han sido utilizadas para establecer un nivel de riesgo por la posible presencia de cianotoxinas a través de la determinación de la biomasa algal. La biomasa del fitoplancton se determina a través de recuentos (células/ml), biovolumen (mm3/L) e indirectamente a través de la concentración de clorofila. (Vicente et. al, 2005) El biovolumen geométrico del fitoplancton es la expresión del volumen total que ocupa la biomasa algal, obtenido como la sumatoria de los volúmenes de todas las células identificadas 9
en el recuento, asimiladas a formas geométricas de fácil cubicación o bien, obtenido por técnicas de análisis de imagen, citometría y otras similares. (Vicente et. al, 2005) Esta variable es reconocida por ser altamente potente en la evaluación de la ecología y patrones de distribución de las comunidades fitoplanctónicas considerando el volumen de las formas dimensionales en combinación con el conteo al microscopio. (Donato, 2001) Debido a la importancia del biovolumen geométrico en la estimación de la biomasa algal de los organismos fitoplanctónicos de un cuerpo de agua, diferentes autores han establecido una clasificación de niveles de eutrofia en relación al biovolumen del fitoplancton presente en el cuerpo de agua. La Tabla 1 presenta diferentes niveles tróficos de acuerdo a la media de diferentes rangos considerados por siete autores y recopilados en Willén (2000) Tabla 1. Niveles de eutrofia en relación al biovolumen geométrico. Tomado de Vicente (2005) Niveles de eutrofia Biovolumen (mm3/L) Oligotrófico <1 Mesotrófico 1 – 2.5 Eutrófico >2.5 Así mismo, diferentes variables morfológicas del fitoplancton han sido utilizadas para evaluar, no solo su biomasa, sino también para establecer las relaciones que desarrollan los organismos con su entorno, así como diferentes procesos metabólicos y ecológicos que pueden constituirse como ventajas para la permanencia y desarrollo del fitoplancton en los cuerpos de agua, ya que los rasgos funcionales del fitoplancton reflejan la interacción de estos organismos con las características morfológicas y limnológicas del cuerpo de agua (Modesto et al. 2002) La relación superficie/volumen es una de estas variables morfológicas que permiten elaborar aproximaciones de los procesos metabólicos de los organismos, así como su interacción con el medio, captación de nutrientes y perdida de energía; por ejemplo, organismos de menores dimensiones generalmente poseen una relación superficie/volumen más ventajosa (Margalef, 2002) posibilitando de esta forma intercambios con el medio de maneras favorables, traducidas en una actividad metabólica considerable y un crecimiento potencial elevado (Hernández et al, 2012) Del mismo modo, una dimensión lineal máxima, podría significar una mayor ventaja para el organismo, en términos de captación de luz y evasión a la herbivoría, constituyendo una ventaja ecológica para su desarrollo.
3. Metodología 3.1 Área de estudio El área de estudio está constituida por 3 embalses, Abreo - Malpaso, El Peñol – Guatapé y Playas, lo que puede denominarse como “Tren de Embalses”. Dichos cuerpos de agua se encuentran ubicados en el oriente del departamento de Antioquia, Colombia. El oriente antioqueño ha tenido un papel determinante en el desarrollo del departamento y del país, al 10
ser un punto clave en el sistema eléctrico y energético nacional por poseer seis embalses y cinco centrales hidroeléctricas Playas, Guatapé, San Carlos, Jaguas y Calderas, que generan el 26% de la energía nacional y el 68% del total departamental. (Plan de gestión ambiental regional 2013-2032, 2013) El embalse Abreo - Malpaso se encuentra ubicado en el municipio de Rionegro en el suroriente del departamento de Antioquia (Figura 2). Su importancia para la región radica en el abastecimiento de gran parte del área urbana y rural del municipio de Rionegro, sin embargo, dada la importante disminución de las condiciones de salubridad del embalse ocasionadas principalmente por la descarga de aguas residuales en la zona y eventuales derrames de compuestos de hidrocarburos, el embalse se encuentra actualmente clausurado. La microcuenca Abreo – Malpaso, ha sido catalogada con alta criticidad por conflictos de uso del suelo y ausencia o disminución de capa vegetal protectora, afectando no solo las características del embalse, sino también del río Nare, principal tributario del embalse El Peñol – Guatapé, segundo cuerpo de agua de este tren de embalses. (Plan de gestión ambiental regional 2013-2032, 2013)
Figura 2. Localización espacial embalse Abreo Malpaso. Modificado de CORNARE, 2012. El embalse El Peñol - Guatapé se localiza en el municipio de Guatapé, a 50 Km de Medellín, y a una altitud de 1887.5 msnm (Figura 3). El embalse presenta como principal tributario el río Nare y tiene una capacidad en su cota máxima de 1240 millones de m 3 y profundidad promedio de 27.5 m. Su área de influencia abarca los municipios de El Peñol, Guatapé, Alejandría, Concepción y San Rafael (Roldán et, al. 1984). En total, cubre un área de 6240 ha, constituyéndose como uno de los embalses de regulación más grande del país, haciendo parte de una de las cadenas hidráulicas que más energía le aporta al sistema (Aguirre et. al 2007).
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Figura 3. Localización espacial embalse El Peñol - Guatapé. Modificado de CORNARE, 2012. Finalmente, el embalse Playas está localizado en las veredas La Luz y Playas bajo la jurisdicción de los municipios de San Rafael y San Carlos en el departamento de Antioquia (Figura 4). En este embalse se realizan captaciones del agua del río Guatapé y sus afluentes para alimentar la hidroeléctrica Playas, localizada en el municipio de San Carlos. Gran parte de la zona de influencia del embalse fue adquirida por las empresas generadoras EPM e ISAGEN para protección del mismo (POT, San Rafael). San Rafael limita al Norte con los Municipios de Alejandría y San Roque, al Oriente con los Municipios de San Roque y San Carlos, al Sur con el Municipio de San Carlos, y al Occidente con el Municipio de Guatapé y Granada. San Rafael se encuentra a 102 km de la ciudad de Medellín, tiene su cabecera municipal a 1000 m.s.n.m., posee una temperatura promedio de 17 a 23°C y su extensión es de 362 km2 (POT, San Rafael)
Figura 4. Localización espacial embalse Playas. Tomado de CORNARE, 2012. 12
3.2 Diseño de muestreo Se plantea como desarrollo metodológico la elaboración de 4 muestreos en cada uno de los embalses, incluyendo además 3 estaciones de muestreo, que corresponden al ingreso del agua al embalse, centro del embalse y la salida de aguas. (Figura 5) Esto con el fin de contar con una representatividad adecuada en el análisis de las cianobacterias.
Figura 5. Tren de embalses, estaciones de muestreo. Elaborado por Luisa Múnera Porras, Microbióloga Industrial y Ambiental. Grupo de Diagnóstico y Control de la Contaminación, GDCON
En cada estación se tomó una muestra para análisis cualitativo de la comunidad fitoplanctónica, mediante arrastres superficiales horizontales con una red de plancton de 25μm de malla durante 5 minutos; el material colectado se fijó in situ con solución de Lugol. Los muestreos realizados en campo fueron preservados a bajas temperaturas hasta realizarse su medición. 3.3 Análisis de laboratorio Análisis del fitoplancton Para el análisis de organismos fitoplanctónicos en los cuerpos de agua estudiados, posterior al trabajo de campo, se adicionó alcohol a la muestra para facilitar su sedimentación y por lo tanto la toma de organismos con la pipeta pasteur, para su posterior observación en el microscopio.
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Posterior a la sedimentación, cada muestra recolectada en el embalse fue estudiada en un microscopio óptico con regleta, con el fin de realizar los conteos celulares y determinando en cada uno de los organismos fitoplanctónicos las mediciones de ancho mayor, altura/largo, ancho menor, diámetro, ancho y largo de extensiones, etc., con el fin de determinar el biovolumen celular y posteriormente la biomasa algal, así como otras variables morfológicas como relación superficie/volumen (Relación S/V) y dimensión lineal máxima (DLM).
Figura 6. Resumen de la metodología implementada.
El biovolumen geométrico de organismos fitoplanctónicos, hace relación al volumen total que ocupa la biomasa algal y es obtenido como la sumatoria de los volúmenes de todas las células que aparecen en el recuento, asimiladas a formas geométricas de fácil cubicación, o bien obtenido por técnicas de análisis de imagen u otras similares (Vicente et. al, 2005) Para la determinación del biovolumen se utiliza el método de Rott, que consiste en medir como mínimo 20 individuos de cada especie, asimilando estos a una forma geométrica que responda a su forma (Ver Figura 7), calculando posteriormente el volumen de cada especie, según la fórmula para la figura geométrica escogida y, finalmente, multiplicando el volumen por el número de células/ml obtenidas en el recuento. (Vicente et. al, 2005)
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Figura 7. Algunas formas geométricas básicas y fórmulas para el cálculo del biovolumen. Tomada de Hildebrand, 1990.
El procesamiento de la información y variables morfológicas del fitoplancton fue realizado a través del software STATGRAPHICS, analizando la variación de la morfología de los organismos en las diferentes estaciones muestreadas y los cuerpos de agua que conforman el tren de embalses, a través de gráficas exploratorias que exhibieron su comportamiento. De igual manera, se realizaron pruebas de normalidad y la prueba no paramétrica Kruskal – Wallis para corroborar la existencia de diferencias estadísticamente significativas entre los tres puntos de muestreo y entre los diferentes embalses de interés.
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Análisis de parámetros fisicoquímicos Los resultados se describieron mediante la media aritmética, los valores máximos y mínimos y el coeficiente de variación. Adicionalmente, se exploró la variación entre sistemas y la dispersión de cada variable usando cajas esquemáticas. Para determinar diferencias significativas de las variables entre sistemas se aplicó la prueba no paramétrica de Kruskal- Wallis con el programa STATISTICA 6.0. Con el fin de establecer una ordenación de las variables ambientales en relación a los sistemas se realizó un análisis de componentes principales (ACP) que incluyó las estaciones y muestreos. Previo a este abordaje las variables fueron estandarizadas (͂xmin/max-min) y transformadas a su raíz cuadrada (√x+1). Este análisis se ejecutó en el programa CANOCO 4.5. En el análisis de componentes principales las nuevas variables o componentes (independientes entre sí) representan una combinación de las variables originales y un número relativamente pequeño de componentes explica la mayor parte de la variación total de estas variables. Ya que este método de tipo descriptivo básicamente permite obtener una representación dimensional que no supone dependencias y que las variables se expresaron en la misma unidad (estandarización), fueron cruzadas variables asociadas a concentración de nutrientes y formas de carbono orgánico disuelto en cada uno de los tres embalses, esto con el ánimo de representar efectos de diferente fuerza ambiental que permitieran observar tendencias espaciales y temporales que discriminen los sistemas mediante la información disponible.
4. Resultados y análisis 4.1 Parámetros físicoquímicos Para el estudio de parámetros físicoquímicos se tuvieron en cuenta las variables fósforo soluble, fósforo total, dureza total, dureza cálcica, carbono orgánico disuelto, carbono orgánico total, alcalinidad, nitrógeno total Kjeldahl y finalmente, nitrato. Estos parámetros permiten realizar una caracterización de las condiciones de los tres cuerpos de agua analizados, con el fin de determinar una posible relación entre estos y la presencia de organismos fitoplanctónicos en los embalses de estudio.
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1.0
Psoluble AM43
PG41
AM41 PL42 PL43
PG43
PL41
AM42
NO3
Dur Tot
PG42
NTK PG31 PG23 PG21
COD PL23 PG33
PG32
PG22 PL33
PL22 PG11 PL32
PG13 PL13
P tot
PL21
AM23 AM21
Fe COT
Alcal Dur Ca . RSD
PL11 PL31
PL12
AM31 AM32
AM33 AM22
-1.0
PG12
-1.0
1.0
Figura 8. Análisis de componentes principales (ACP) de variables ambientales en estaciones y muestreos de los tres sistemas de estudio. Los números hacen referencia a los sitios y períodos de muestreo, las dos primeras letras están relacionados con los diferentes embalses (AM: Abreo – Malpaso, PG: Peñol – Guatapé y PL: Playas) mientras que el primer número hace referencia al muestreo realizado y el número final indica la estación de muestreo. Las diferencias en los resultados de las variables analizadas están asociadas principalmente a la localización de los sistemas. El análisis de componentes principales realizado con los tres sistemas (Figura 8) indica que el primer componente respondió por el 33.2% y el segundo por el 59% de la varianza. El carbono orgánico disuelto (r=0,91), el carbono organico total (r=0.83), el hierro (r=0.85) y la dureza total (0.67) influyeron con mayor importancia el área positiva del eje I, el sistema relacionado con mayores concentraciones de estas variables corresponde al embalse Abreo - Malpaso y dentro de este grupo de variables se incluye la primera estación del embalse El Peñol – Guatapé, que corresponde a la entrada del Río Nare, cuya cuenca se ve actualmente afectada por fuertes actividades antrópicas. Es notable que otras variables asociadas a un mayor gradiente de nutrientes acompañan este eje del esquema tales como nitrógeno total y fósforo total. Es de considerar que las estaciones que se ubican al otro extremo de este eje corresponden a sitios que notablemente se encuentran libres de una alta perturbación tales como la segunda y tercera estación del embalse El Peñol – Guatapé, estaciones caracterizadas por mantener 17
aguas en constante movimiento, ya sea por condiciones de viento o por corresponder a la zona de captación de agua del embalse. De acuerdo a lo anterior, según su posición en el gráfico se podría decir además que el embalse El Peñol – Guatapé, a excepción de la estación ubicada en la entrada del Río Nare, presenta en general menores concentraciones de nutrientes.
4.1 Rasgos morfológicos del fitoplancton Embalse Abreo – Malpaso
A través del análisis microscópico del fitoplancton del embalse Abreo – Malpaso, se de organismos - Embalse Peñol - Guatapé(Figura 9) en comparación con el embalse El determinóDensidad una baja densidad de Elorganismos Densidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé Peñol – Guatapé, como se observa posteriormente. sidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé
60000
20000
0
Densidad de organismos (cél/ml)
40000
400
Densidad de organismos (cél/ml)
Densidad de organismos (cél/ml)
s - Embalse El Peñol - Guatapé 80000
400
300
Campaña 1 Densidad de organismos - Embalse Abreo - Malpaso Campaña 2 Campaña 1 Densidad de organismos - Embalse Abreo - Malpaso Campaña 2 Campaña 3 Campaña 1 Campaña 4 Campaña 3 Campaña 2 Campaña 1 Campaña 4 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 Campaña 3 Campaña 4
300
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 1 Campaña 3 Campaña 2 Campaña 4 Campaña 3 Campaña 4
200 200
100 100
Estación 1 Estación 2 0 Estación 1 Estación 2 Estación 3 Estación Estación 1 0 EstaciónEstación 3 Estación 2 Estación 1 stación 2 Estación Estación 3 Estación
Estación 3 Estación 2 Estación Estación 2 Estación
Estación 3 Estación 3
Figura 9. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse Abreo – Malpaso En las primeras campañas de muestreo realizadas no se reportaron organismos para ninguna de las estaciones. Para el tercer muestreo realizado únicamente se observaron organismos en la tercera estación y finalmente, en el último muestreo realizado se identificaron organismos en las estaciones dos y tres, siendo esta última la estación donde se registró la mayor cantidad de células por unidad de volumen en el embalse, un valor cercano a 400cél/ml, siendo una densidad significativamente baja en comparación con las estaciones del embalse El Peñol – Guatapé, analizadas posteriormente. Tabla 2. Densidad de organismos en el embalse Abreo – Malpaso. Densidad de organismos (cél/ml) Estación Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 Estación 1 0 0 0 7 Estación 2 0 0 288 171 Estación 3 0 0 0 368 0 0 288 564 Total 18
La baja densidad de organismos se cree puede estar asociada con la calidad del agua del embalse, afectado de manera importante por descarga de aguas residuales y derrames de hidrocarburos ocasionalmente presentados en el cuerpo de agua, a los que puede asociárseles la coloración oscura del embalse, lo que asociado a la proliferación por sectores de diferentes plantas acuáticas (Figura 10C), limitan el paso de luz a través de la columna de agua, por tanto, la captación lumínica del fitoplancton. Debido a esta baja densidad de organismos, no se encontró una proliferación de fitoplancton que pueda sugerir un posible riesgo por presencia de cianobacterias potencialmente tóxicas en el embalse, teniendo en cuenta, además, que el género predominante en el embalse no corresponde a la división Cyanophyta.
A
B
C
D
Figura 10. Fotografías del embalse Abreo - Malpaso. (A) Estación 3 embalse Abreo Malpaso, Noviembre -2015. (B) Estación 2 embalse Abreo - Malpaso, Noviembre – 2015. Fotografías tomadas por Cristina Léon Salazar.
El fitoplancton encontrado en el embalse Abreo - Malpaso estuvo representado por los géneros Oscillatoria sp. de la división Cyanophyta y Dinobryon sp. de la división Chrysophyta, siendo este último el fitoplancton de mayor contribución en el cálculo del biovolumen geométrico del embalse. Se identificaron además organismos del género Microcystis sp. y Aphanocapsa sp. en una baja densidad, que contribuyeron en una menor proporción al cálculo de las variables morfológicas, como puede observarse en la Figura 11B. 19
Densidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé Densidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé d de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé Embalse El Peñol - Guatapé 80000 Campaña 1
A
CampañaAbreo 1 - -Malpaso Campaña 2 promedio - Embalse Malpaso BiovolumenBiovolumen por estación - EmbalseAbreo
20000
0
Biovolumen (mm3/L)
40000
Biovolumen promedio (mm3/L)
60000 8
8
6
6
4
4
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
B
Campaña 3 Campaña 4
Porcentaje de biovolumen por especie - Embalse Abreo - Malpaso Porcentaje de biovolumen por especie - Embalse Abreo - Malpaso
Campaña 1 Campaña 1 2 Microcystis sp Campaña Campaña 2 Microcystis sp Campaña Campaña 3 3 Campaña 4 Campaña 4
Aphanocapsa sp Aphanocapsa sp
Oscillatoria sp Oscillatoria sp
Estación 1 2 Estación 2 2 Estación 1 Estación 2 EstaciónEstación 3 Estación 2 EstaciónEstación 3 ón 2 Estación Estación 3 0 0 ción EstaciónEstación 1 1
C
Estación 3
Dinobryon sp Dinobryon sp EstaciónEstación 2 2 Estación
Estación 3 Estación 3
0
20 20
D
Relación S/V - Embalse Abreo - Malpaso
60 40 40 60 Porcentaje Porcentaje
8080
100 100
DLM - -Embalse Abreo - Malpaso DLM Embalse Abreo - Malpaso
Relación S/V - Embalse Abreo - Malpaso
DLM - Embalse Abreo - Malpaso 400 400 400
0.6
(µm-1)
0
0.5
0.5 300 300 300
(µm) DLM (µm) DLM (µm) DLM
Relación S/V S/V Relación
0.4 0.4
200 200 200
0.3 0.3 0.2
0.2
100 100 100
0.1
0.1 0 1
0
2
3
2
1 1
Estación 1
0 0 0
3
1
2 2 Estación 2 Estación Estación
3 3
3
Estación morfológicas del fitoplancton del embalse Abreo – Malpaso. (A) Figura 11. Características Biovolumen geométrico en el embalse, de acuerdo a las tres estaciones muestreadas y las cuatro campañas de muestreo realizadas. (B) Porcentaje de biovolumen por especies encontradas en el embalse. (C) Relación S/V en el embalse. (D) DLM en el embalse.
En la Figura 11A se observan diferencias importantes relacionadas con la variación del biovolumen en las tres estaciones muestreadas, encontrándose el mayor biovolumen calculado en la estación 3, con valores cercanos a 7mm3/L, relacionados con el aumento en la densidad del fitoplancton en los dos últimos muestreos realizados. Es importante destacar que el biovolumen geométrico de la estación estuvo relacionado en una mayor proporción con organismos del género Dinobryon sp., sin embargo, para la segunda estación se presentó una importante contribución al biovolumen geométrico por parte de cianobacterias del género Microcystis sp. y Aphanocapsa sp. encontradas en baja densidad en el embalse. En la primera estación se reportaron los valores más bajos de biovolumen, principalmente relacionados con la baja densidad de organismos encontrados en esta estación y la morfología de los organismos que fueron encontrados, representados principalmente por el género Oscillatoria sp. que, en comparación con otros géneros encontrados en el embalse, como el Dynobryon sp, presentó un menor biovolumen. Aunque visualmente pueden determinarse diferencias importantes en el biovolumen de las tres estaciones muestreadas, al aplicar la prueba no paramétrica Kruskal – Wallis, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las estaciones, resultado que pudo haberse visto sesgado por el número reducido de datos obtenidos en el embalse.
20
De acuerdo a la clasificación presentada en Willén (2000) y tomando el biovolumen medio para cada estación del embalse Abreo – Malpaso (Tabla 3), mientras que la primera y segunda estación se asocian a condiciones oligotróficas, la tercera estación del embalse puede clasificarse dentro de las condiciones de mesotrofia, al presentar un biovolumen entre 1 mm3/L y 2.5 mm3/L Posteriormente, se analiza de igual manera la variación de la relación S/V en el embalse Abreo – Malpaso en las tres estaciones muestreadas. En oposición a la gráfica del biovolumen por estaciones (Figura 11A) al observarse la Figura 11C, los mayores valores de relación S/V corresponden a la primera estación, con valores máximos cercanos a 0.6µm.1; esta mayor relación S/V en la primera estación puede deberse a la presencia de organismos de la división Cyanophyta, específicamente del género Oscillatoria sp, los cuales, a pesar de presentar un menor biovolumen en comparación con otros organismos encontrados en el embalse, presentaron los valores más altos de la variable relación S/V, relacionados principalmente con su forma alargada. Los valores más bajos de esta relación fueron encontrados en la segunda estación, relacionados con la presencia de algunas cianobacterias como Microcystis sp. y Aphanocapsa sp., las cuales al presentar una forma geométrica esférica y compacta, presentaron los valores más bajos de relación S/V encontrados en el embalse. Finalmente, se analiza la dimensión lineal máxima de los organismos fitoplanctónicos del embalse Abreo – Malpaso en las tres estaciones muestreadas. A través de la Figura 11D puede inferirse una mayor variación en la estación 3, en comparación con las otras dos estaciones, al presentar una mayor elongación de los bigotes, siendo en esta misma estación donde se registró el valor máximo de DLM, con un valor cercano a 340µm, lo que puede relacionarse directamente con la presencia del género Dinobryon sp, como se mencionó anteriormente. Sin embargo, la morfología del género Oscillatoria sp. contribuyó de manera significativa al aumento de la DLM calculada para las diferentes estaciones del embalse. En la estación 2 los valores de DLM no difieren significativamente de los encontrados en la tercera estación, con valores máximos cercanos a 300 µm. Finalmente, en la primera estación se encuentran los menores valores para esta dimensión, pues además de encontrarse una baja densidad de organismos, algunos de los organismos encontrados no presentaban grandes dimensiones en su morfología. Los organismos de mayor presencia en el embalse pueden relacionarse de manera importante con la calidad de sus aguas y los posibles procesos de contaminación que lo afectan, pues como se dijo antes, debido a su coloración oscura la penetración lumínica a través de la columna de agua es reducida, propiciando el establecimiento de fitoplancton que pueda presentar una morfología capaz de captar energía lumínica de manera más eficiente, como sucede con las formas alargadas presentadas por los dos géneros predominantes en el embalse, Dinobryon sp. y Oscillatoria sp. Finalmente, en la Tabla 3 se presenta el resumen estadístico para las tres variables morfológicas analizadas en el embalse. De acuerdo a las figuras anteriores, las mayores dimensiones medias de biovolumen se presentaron en la estación 1, mientas que el valor medio de DLM más alto correspondió a la estación 2, encontrándose en esta misma estación el mayor valor de relación S/V registrado en las estaciones. Aunque en la segunda estación del muestreo se encontraron organismos tanto del género Dinobryon sp. como del género 21
Oscillatoria sp. y si bien esta cianobacteria no presentó un alto biovolumen en comparación con el género Dinobryon sp., sí contribuyó de manera importante al aumento de la DLM y relación S/V medias en la estación 2, pudiendo sugerir una interacción propicia entre esta cianobacteria con su medio que podría llegar a beneficiar la proliferación de este organismo en las aguas del embalse.
Tabla 3. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse Abreo - Malpaso. En la tabla se presenta la media con valores mínimos (min) y máximos (máx), además de la mediana (Median) y la desviación estándar (Desv) Biovolumen (mm3/L) Relación S/V(µm-1) DLM (µm) Estación Media Median Desv Media Median Desv Media Median Desv de (min– (min– (min– muestreo max) max) max) 0.03 0.02 0.06 0.11 0.01 0.21 14.80 43.15 29.60 1 (0.010.11)
2
0.79
(0.010.43)
0.01
1.91
(0.02 4.68)
3
1.66 (0.021.16)
0.07
(38.6059.20)
0.03
0.11
(0.010.29)
0.07
3.33
0.02 (0.010.09)
152.77
154.75
1.91
247.60
3.33
(129.50307.10)
0.01
0.04
86.95 (38.60347.80)
22
Embalse El Peñol – Guatapé
40000
20000
0
Densidad de organismos (cél/ml)
60000
Densidad de organismos (cél/ml)
Densidad de organismos (cél/ml)
El análisis de los organismos fitoplanctónicos realizado en el embalse El Peñol – Guatapé determinó Densidad la mayor densidad de organismos de los tres embalses estudiados, registrándose en de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé Densidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé la primera estación la mayor cantidad de organismos por unidad de volumen, como se observa nsidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé la Figura 12. s - Embalse El Peñol en - Guatapé 80000
80000 80000
Campaña 1 Densidad de organismos - Embalse El Peñol - Guatapé Campaña 2 Campaña 1 Densidad de organismos - Embalse Campaña El Peñol -2Guatapé Campaña 3 Campaña 1 Campaña 4 Campaña 3 Campaña 2 Campaña 1 Campaña 4 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 Campaña 3 Campaña 4
60000 60000
Campaña 1 Campaña Campaña 1 2 Campaña Campaña 2 3 Campaña Campaña 3 4 Campaña 4
40000 40000
20000 Estación 1 Estación 2 20000 2 Estación 1 Estación Estación Estación 3 Estación 2 EstaciónEstación 3 Estación 2 Estación Estación 3 0 Estación 0 Estación 1 Estación 1
Estación 3
Estación 2 Estación 2 Estación Estación
Estación 3 Estación 3
Figura 12. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse El Peñol – Guatapé De igual manera, en la primera campaña de muestreo realizada se registró la mayor densidad de organismos en el embalse, con un total de 79766 cél/ml para las tres estaciones. Mientras que, en el último muestreo la densidad de organismos descendió de manera considerable hasta un valor de 18351cél/ml en total para todas las estaciones muestreadas. Tabla 4. Densidad de organismos en el embalse El Peñol – Guatapé. Densidad de organismos (cél/ml) Estación Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4 Estación 1 75260 69151 38229 16960 Estación 2 3947 3813 5147 791 Estación 3 559 488 982 600 73452 44358 18351 Total 79766 En los cuatro muestreos realizados se resalta una importante abundancia de algas en el ingreso de aguas del Río Nare, correspondiente a la primera estación, lo que contribuye significativamente a la densidad de organismos encontrados en el embalse, en comparación con los otros dos embalses estudiados. Este aumento en la comunidad fitoplanctónica de la primera estación puede estar relacionado con la descarga del río, principal afluente del embalse, el cual, debido a los diferentes impactos antrópicos en su cuenca, especialmente la descarga de aguas residuales y diversos problemas de contaminación, puede introducir una alta carga de nutrientes que favorecen el bloom de cianobacterias. Si bien teniendo en cuenta que, por el diseño de muestreo, no es posible establecer un nivel de riesgo directo al analizarse únicamente los organismos en superficie y concentrados en una red de fitoplancton, es importante tener en cuenta que, para aguas potables y recreacionales, las floraciones son definidas con base a la concentración de células que causa efectos 23
adversos sobre los humanos cuando exceden un límite que se ha fijado aproximadamente en 20.000 cél/ml (Oliver y Ganf, 2002) Por lo que teniendo en cuenta este límite, el alto número de células por unidad de volumen determinados en el embalse pueden llegar a suponer un posible riesgo en el cuerpo de agua, específicamente en su primera estación, donde la floración de cianobacterias fue visible de manera especial en el primer muestreo. (Figuras 13A y 13B) Sin embargo, como ya se ha dicho, el diseño muestreal no permite realizar diagnósticos directos en relación al riesgo del cuerpo de agua. Aunque no se determinó en el estudio una explicación de la reducción en la densidad de organismos evidenciada a lo largo de las campañas de muestreo, una posible respuesta está relacionada con los bajos niveles de agua presentados en el embalse en épocas cercanas al primer muestreo, donde el Fenómeno del Niño afectó los niveles de la represa llevándolo a una capacidad del 70%, aumentando las temperaturas del cuerpo de agua y propiciando la proliferación de cianobacterias, sin embargo, diferentes fenómenos químicos, físicos e hidrológicos pudieron afectar la distribución fitoplanctónica en el cuerpo de agua.
A
B
C
D
Figura 13. Fotografías de la primera estación del embalse El Peñol - Guatapé. (A)(B) Floración observada en el primer muestreo realizado, Noviembre -2015. (C)(D) Primera estación en el último muestreo realizado, Junio - 2016 El organismo fitoplanctónico de mayor presencia en el embalse El Peñol - Guatapé fue la especie Microcystis aeruginosa, encontrándose además otros organismos de la división 24
Cyanophyta como la Aphanocapsa sp, Woronochinia sp y la especie Radiocystis fernandoi, que contribuyeron en menor proporción con el biovolumen calculado en el embalse Sin embargo, también se registró presencia de otras divisiones, como la división Chrysophyceae con el género Dinobryon sp y la división Dinophyta con el género Ceratium sp, que si bien no presentaron una alta densidad en comparación con el género Microcystis sp. sí contribuyeron de manera importante al biovolumen geométrico calculado, lo que puede evidenciarse en la Biovolumen promedio - Embalse El Peñol Guatapé Biovolumen promedio - Embalse El Peñol14B. Guatapé Figura
promedio - Embalse El Peñol Guatapé 8 Peñol Guatapé e El
Campaña1 Campaña2 Campaña1 Biovolumen por estación - Embalse ElElPeñol - Campaña3 Guatapé Campaña2 Campaña1 Biovolumen promedio - Embalse Peñol Guatapé Campaña4 Campaña3 Campaña1 Campaña2 Campaña4 Campaña3 Campaña2 Campaña4 Campaña3 Campaña4
A 6 20
8
4 Biovolumen (mm3/L)
Estación 1
6
12
Porcentaje de biovolumen por especie - El Peñol Guatapé Porcentaje de biovolumen por especie - El Peñol Guatapé
Campaña Microcystis sp 1 Microcystis sp Campaña1 Campaña 2 Campaña2 Campaña 3 Aphanocapsasp Campaña3 Aphanocapsasp Campaña 4 Campaña4 Woronichinia sp Woronichinia sp Chroococcus sp Chroococcus sp
4
8
Synechococcus sp Synechococcus sp
Estación 2 2 4 Estación 2 Estación Estación 3 Estación 2 Estación Estación 3 Estación Estación 3 0
Estación 3
Ceratium sp Ceratium sp Dinobryonsp Dinobryonsp
0
Estación 2 Estación 3 Estación 2 Estación 3 Estación Relación S/V por estación - Embalse El Peñol Guatapé
00
Estación 1 Estación 1
C
2020
40 40 60 60 Porcentaje Porcentaje
80 80
100 100
D
Relación S/VRelación por estación - Embalse Guatapé S/V por estaciónEl- Peñol Embalse El Peñol Guatapé
B
0.8
0.8
0.8 Relación S/V(µm-1)
0.6
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
Relación S/V
tación 1
Biovolumen (mm3/L)
0
Relación S/V
2
16
B
0.4
0.2 0
0
1
0 1
2
1
2 Estación 2 Estación Estación
3
3
3
Figura 14. Características morfológicas del fitoplancton del embalse El Peñol – Guatapé. (A) Biovolumen geométrico en el embalse, de acuerdo a las tres estaciones muestreadas y las cuatro campañas de muestreo realizadas. (B) Porcentaje de biovolumen por especies encontradas en el embalse. (C) Relación S/V en el embalse. (D) DLM en el embalse. Analizando la variación del biovolumen en el embalse El Peñol – Guatapé debida a los muestreos realizados y las tres estaciones de muestreo, como posibles factores relacionados con los cambios observados en esta variable, se determinó que las estaciones tienen un efecto estadísticamente significativo sobre el biovolumen del fitoplancton de este cuerpo de agua, es decir, que puede reconocerse una variación del biovolumen a través de las tres estaciones muestreadas, lo que coincide con lo observado en la Figura 14A. Si bien también puede observarse una variación del biovolumen a través de los muestreos realizados, la variación temporal del fitoplancton no es específicamente uno de los objetivos de este estudio. Sin embargo, al aplicar la prueba no paramétrica Kruskal – Wallis no se determinó una diferencia significativa estadísticamente entre las tres estaciones de muestreo, resultado que puede verse afectado por el número de datos analizados. En la Figura 14A visualmente puede determinarse una diferencia marcada en el biovolumen promedio de las tres estaciones muestreadas, donde los altos valores de la primera estación 25
están claramente relacionados con el género Microcystis sp. donde se encontró una alta concentración de estos organismos especialmente en el primer muestreo. El alto biovolumen de estas cianobacterias cambia de manera considerable el comportamiento de la gráfica, encontrándose en la primera estación valores de biovolumen cercanos 20mm3/L. En general en la primera estación del embalse se encontraron los valores más altos de biovolumen, no solo en comparación con las otras dos estaciones, sino en comparación con los demás embalses estudiados. En la segunda y tercera estación se reportaron bajos valores de biovolumen, en comparación con la primera estación, con valores medios inferiores a 2mm3/L, en este caso relacionados con las dimensiones celulares inferiores, en relación al género Microcystis sp. de géneros como Dinobryon sp. Chroococcus sp. Ceratium sp. entre otros. De acuerdo a la clasificación presentada en Willén (2000) y tomando el biovolumen medio para cada estación, (Tabla 5) mientras que la segunda y tercera estación se encuentran en una clasificación oligotrófica, la primera estación del embalse presenta condiciones de eutrofia al presentar un biovolumen mayor a 2.5mm3/L. Por otro lado, teniendo en cuenta la variable morfológica relación S/V como importante no solo en la morfología de los organismos, sino también en el comportamiento de los seres vivos y sus interacciones con el ambiente, se analiza de igual manera la variación de esta relación en el embalse El Peñol – Guatapé en las tres estaciones muestreadas, como se observa en la Figura 14C. La mayor relación S/V corresponde a la tercera estación, con valores superiores a 0.6µm-1. En la segunda estación puede suponerse una mayor desviación de los datos, por la elongación del bigote superior, además de 3 importantes valores atípicos relacionados con la morfología de los organismos del género Ceratium sp. encontrados en esta estación. En la primera estación se encontró la menor relación S/V, la cual se relaciona directamente con el predominio de cianobacterias del género Microcystis sp. que, si bien presentaron los valores más altos de biovolumen, también reportaron los valores más bajos de esta relación. Continuando con el análisis, se determina la dimensión lineal máxima de los organismos fitoplanctónicos del embalse El Peñol – Guatapé en las tres estaciones muestreadas, donde en la Figura 14D se observa una mayor DLM correspondiente a la primera estación, con un valor máximo mayor a 400µm, relacionado igualmente con la presencia del género Microcystis sp. En la segunda estación se obtuvieron valores máximos por debajo de 400µm, mientras que en la tercera estación el valor máximo estuvo por debajo de 200µm, estación donde se presentaron los menores valores para esta variable. Al analizar la variación de las dimensiones de las células de Microcystis sp, género dominante en el embalse, no se encontró una diferencia significativa en estas, para ninguna de las variables morfológicas analizadas en el estudio, por lo que únicamente se tuvo en cuenta la variación de las colonias de este género. Finalmente, en la Tabla 5 se presenta el resumen estadístico para las tres variables morfológicas analizadas en el embalse. De acuerdo a las figuras anteriores, las mayores dimensiones de biovolumen y DLM se presentaron en la estación 1, teniendo también esta estación la menor relación S/V, relacionada con la forma esférica del género Microcystis sp. predominante en la estación. 26
Tabla 5. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse El Peñol – Guatapé. En la tabla se presenta la media con valores mínimos (min) y máximos (máx), además de la mediana (Median) y la desviación estándar (Desv) Biovolumen (mm3/L) Relación S/V(µm-1) DLM (µm) Estación Media Median Desv Media Median Desv Media Median Desv de (min– (min– (min– muestreo max) max) max) 3.65 0.42 6.60 0.16 0.05 0.21 184.96 140 134.28 1 (0.0218.96)
2
0.42
(0.010.58)
0.18
0.72
(0.004 -3.38)
3
0.26
0.18
(26.00435.00)
0.90
0.21
(0.020.73)
0.17
0.33
(0.021.16)
0.28
143.27 135
93.72
(19.80344.10)
0.18
0.24
(0.050.70)
98.73 (35.15-
77.7
43.92
162.80)
Embalse Playas En el análisis del fitoplancton encontrado en las diferentes estaciones del embalse Playas, se determinó una mayor densidad de organismos en la primera estación del cuerpo de agua, especialmente para la segunda y tercera campaña de muestreo, con valores máximos cercanos a 150cél/ml. Reportándose en este sistema acuático la menor densidad de organismos para el tren de embalses. Para la segunda estación muestreada no se reportaron organismos en ninguna de las campañas realizadas, mientras que, en la tercera estación se identificaron organismos fitoplanctónicos, pero en menor densidad en comparación con la primera estación, además, en la primera campaña de muestreo realizada no se registraron Densidad de organismos - Embalse Playas organismos en ninguna de las estaciones de Densidad de organismos Embalse Playas estudio como se observa en la Figura 15.
80
40
0
120
80
40
0
Densidad de organismos (cél/ml)
120
Campaña 1
Campaña 1PlayasPlayas Campaña 2 Densidad de organismos - Embalse Densidad de organismos - Embalse
Densidad de organismos (cél/ml)
160
Densidad de organismos (cél/ml)
Densidad de organismos - Embalse Playas 160 Playas d de organismos - Embalse
150 120
160
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 3 Campaña 4
120
Campaña 1 Campaña 1 Campaña 2 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 3 Campaña 4 Campaña 4
90 80
60
Estación 1 Estación 2 Estación 3 Total 40 Estación 1 Estación 2 Estación 3Estación Total 30 Estación 1 Estación 2 Estación 3Estación Total Estación 2 Estación 3Estación Total 0 Estación 0 Estación Estación 2 2 Estación 3Estación 3 Total Estación 1 1 Estación Estación Estación
Figura 15. Densidad de organismos (cél/ml) en el embalse Playas
27
La mayor variación en la densidad de organismos en el embalse se registró en la primera estación, encontrándose un cambio importante de densidad entre el segundo y tercer muestreo, mientras que en la tercera estación la cantidad de células por unidad de volumen encontradas se mantuvo baja en los tres últimos muestreos realizados.
Tabla 6. Densidad de organismos en el embalse Playas
Densidad de organismos (cél/ml) Estación Estación 1 Estación 2 Estación 3 Total
Campaña 1 0 0 0 0
Campaña 2 146 0 8 154
Campaña 3 6 0 5 11
Campaña 4 106 0 7 113
Los altos valores de células por unidad de volumen en la primera estación, en comparación con las estaciones restantes, coinciden con la presencia del género Aphanothece sp y Woronichinia sp, ambas cianobacterias, encontradas en este embalse únicamente para esta estación. La menor densidad de organismos registrada en este cuerpo de agua para el tren de embalses estudiado, puede relacionarse directamente con el predominio de cianobacterias del género Chroococcus sp. el cual formaba en su mayoría colonias relativamente pequeñas y con un número reducido de células. La baja densidad de organismos en comparación con los embalses El Peñol - Guatapé y Abreo – Malpaso, no sugieren un posible riesgo por la proliferación de cianobacterias en este cuerpo de agua, sin embargo, es importante resaltar la predominancia de esta división en el embalse y la necesidad de realizar monitoreos futuros con el fin de controlar una posible proliferación de estos organismos con potencial de toxicidad. Aunque visualmente no se observan problemas de contaminación en el embalse Playas y aparenta poseer una buena calidad del agua, la densidad de organismos fue la más baja del estudio, lo que puede deberse, además de otros aspectos fisicoquímicos, a una posible escases de nutrientes en el cuerpo de agua.
A
B
Figura 16. Fotografías del embalse Playas. (A) Segunda estación de muestreo, Junio 2016. (B) Tercera estación de muestreo, Junio – 2016. Fotografías tomadas por Luisa Caly.
28
Como se mencionó anteriormente, la cianobacteria de mayor presencia en el embalse Playas corresponde al género Chroococcus sp. el cual constituyó un porcentaje cercano al 30% del biovolumen total calculado en el embalse, como se evidencia en la Figura 17B. Se encontraron además organismos del género Woronichinia sp y Aphanothece sp. Sin embargo, la mayor contribución al biovolumen en el cuerpo de agua correspondió al género Ceratium sp. de la división Dinophyta, pues a pesar de encontrarse en una densidad menor que el género Chroococcus sp, estos organismos presentaron una morfología de mayor tamaño que finalmente condujo a un mayor biovolumen total para todo el género y, por tanto, al aumento Densidad de organismos - Embalse Playas Densidad de organismos - Embalse Playas calculado en el embalse. del biovolumen de organismos - Embalse Playas 160 Playas Embalse
Campaña 1
A 120
Campaña 1
B
0.3 0.3 0.25 0.25
Biovolumen (mm3/L)
0
Biovolumen (mm3/L)
80
40
B
2 Biovolumen porpor estación - Embalse El Playas Peñol Campaña - Guatapé Biovolumen estación - Campaña Embalse Campaña 1 2 Campaña 3 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Campaña 1 Campaña 2 Campaña 3 Campaña 4
Porcentaje de biovolumen por especies - Embalse Playas
Porcentaje de biovolumen por especies - Embalse Playas
Campaña 4
Campaña 1 Campaña 1 Chroococcus sp. Campaña 2 Campaña 2 Campaña 3 3 Chroococcus sp.Campaña Campaña4 Campaña 4
0.2 0.2
Woronichinia sp.
Woronichinia sp.
0.15 0.15
Aphanothece sp.
0.1 0.1
Estación 1 Estación 2 Estación 3 tación 1 Estación 2 0.05 Estación 3Estación Total 0.05 stación 2 Estación 3Estación Total Estación 3Estación Total 0 0
Estación 1 Estación 1
Total
Aphanothece sp. Ceratium sp.
Estación 2 Estación 2
Estación 3 Estación 3
Ceratium sp.
Estación
0
30
40
50
20
30
40
DLM - Embalse Playas Porcentaje DLM - Embalse Playas
B
200
0.8 0.8
200 160
0.6
160 120
(µm)(µm) DLM DLM
Relación S/V Relación S/V (µm-1)
20
10
D
Relación S/V - Embalse Playas
B
10
Porcentaje
Relación S/V - Embalse Playas
C
0
0.6
0.4
120 80
0.4
0.2
80
40
0.2
40
0
0 1
0 1
2
Estación 2 Estación
3 3
0
1
2
1
Estación 2 Estación
3 3
Figura 17. Características morfológicas del fitoplancton del embalse Playas. (A) Biovolumen geométrico en el embalse, de acuerdo a las tres estaciones muestreadas y las cuatro campañas de muestreo realizadas. (B) Porcentaje de biovolumen por especies encontradas en el embalse. (C) Relación S/V en el embalse. (D) DLM en el embalse. En el estudio de las variables morfológicas del fitoplancton, se determinó en general un mayor biovolumen en la estación 3, a pesar de presentar una baja densidad de organismos, los altos valores de esta variable se relacionan principalmente con algunos organismos del género Ceratium sp., encontrados en el punto de muestreo, como se mencionó anteriormente. El mayor biovolumen registrado en esta estación presentó valores superiores a 0.25mm3/L, según lo observado en la Figura 17A. Si bien para la primera estación se encontraron los valores más altos de densidad de organismos, la mayoría del fitoplancton encontrado estuvo representado por cianobacterias de los géneros Chroococcus sp., Woronichinia sp. y Aphanothece sp., con contribuciones también importantes del género Ceratium sp, lo que explica el alto número de células por unidad de volumen y los altos valores de biovolumen encontrados en esta estación, con una contribución especial de las grandes colonias de Woronichinia sp. y Aphanothece sp. 29
Tomando igualmente la clasificación recopilada en Willén (2007) los niveles de eutrofia en relación al biovolumen determinado en cada estación confieren a cada una de estas una clasificación de oligotrofia, al presentar valores menores a 1mm3/L. Por otro lado, para la variable relación S/V en el embalse Playas, los mayores valores de esta relación se encontraron en la primera estación, con valores máximos cercanos a 0.6µm-1, relacionados con los géneros Chroococcus sp. y Ceratium sp. como se observa en la Figura 17C. A pesar de poseer una forma relativamente esférica, el género Chroococcus sp. presentó altos valores de relación S/V en comparación con las otras cianobacterias identificadas en el embalse. Por su parte, el género Ceratium sp. presentó los valores más altos, tanto de biovolumen como de relación S/V, relacionados principalmente con su morfología alargada. Finalmente, en relación a la Figura 17D, los mayores valores para la DLM corresponden a la estación 1, con valores máximos y mínimos de 200 µm y 40µm, respectivamente. Los altos valores de DLM en esta estación se relacionan igualmente con los organismos encontrados del género Ceratium sp. Por su parte, en la estación 3 en general se presentó una menor DLM, sin embargo, el menor valor de esta variable estuvo por encima de los 40µm, mientras que el valor máximo fue inferior a los 120µm. Los valores encontrados en esta estación se relacionan de manera importante con el género Chroococcus sp., predominante en esta estación y que, como se dijo antes, presentó bajas dimensiones en su morfología, en comparación con el género Ceratium sp. Finalmente, en la Tabla 7 se presenta el resumen estadístico para las tres variables morfológicas analizadas en el embalse. El valor medio de biovolumen fue similar en las estaciones 1 y 3, sin embargo, el mayor valor de DLM corresponde a la primera estación. Si bien, en la Figura 17C se observan mayores valores para la variable relación S/V en la estación 1, la desviación entre los datos producto de valores menores de esta relación en las colonias de Woronichinia sp. y Aphanothece sp., debido a su forma esférica y grandes tamaños, determinan un valor medio inferior para la relación S/V en comparación con la estación 3, donde únicamente fueron encontrados organismos del género Chroococcus sp. y Ceratium sp. Tabla 7. Resumen estadístico de las variables morfológicas del fitoplancton del embalse Playas. En la tabla se presenta la media con valores mínimos (min) y máximos (máx), además de la mediana (Median) y la desviación estándar (Desv) Biovolumen (mm3/L) Relación S/V(µm-1) DLM (µm) Estación Media Median Desv Media Median Desv Media Median Desv de (min– (min– (min– muestreo max) max) max) 0.13 0.14 0.13 0.24 0.16 0.23 103.60 107.30 60.12 1 (0.00 0.25)
2
0.00
(0.030.64)
(40.70199.80)
---
---
---
---
---
---
---
---
0.14
0.15
0.36
0.49
0.22
79.18 (51.80-
70.30
25.71
(0.00 – 0.00)
3
0.14 (0.000.28
(0.130.58)
114.70)
30
Comparación en el tren de embalses Finalmente, se hace una comparación de las tres variables morfológicas analizadas en el estudio, referenciando el género fitoplanctónico de la división Cyanophyta de mayor abundancia en cada embalse y su porcentaje en la contribución al biovolumen medido en cada cuerpo de agua. promedio BiovolumenBiovolumen promedio por embalse por embalse
A Biovolumen (mm3/L)
Biovolumen (mm3/L)
1.5
1.5
1.2
1.2
0.9
0.9
0.6
0.6
0.3
0.3
0
Microcystis sp. 78.44%
Oscillatoria sp. 1.15%
Chroococcus sp. 30.16%
0
Abreo - Malpaso
El Peñol - Guatapé
Abreo - Malpaso
B
El Peñol - Guatapé
C
Relación S/V promedio por embalse
Playas
Playas
DLM promedio por embalse
150
0.25
120
0.2
DLM (µm)
(µm-1)
0.3
Relación S/V
Biovolumen
Biovolumen
0.15 0.1
90
60
30
0.05 0
0
Abreo - Malpaso
El Peñol - Guatapé
Playas
Abreo - Malpaso
El Peñol - Guatapé
Playas
Figura 18. Variables morfológicas Biovolumen, Relación S/V y DLM en el tren de embalses. (A) Biovolumen geométrico y porcentaje de biovolumen correspondiente a la cianobacteria de mayor abundancia. (B) Relación S/V en el tren de embalses. (C) DLM en el tren de embalses. El mayor valor para la variable morfológica biovolumen medido en el fitoplancton se obtuvo en el embalse El Peñol – Guatapé, mientras que el menor valor de esta correspondió al embalse Playas, que sin embargo obtuvo el mayor valor para la relación S/V, relacionado principalmente con las bajas dimensiones de los organismos encontrados en este cuerpo de agua, en relación a los otros embalses. La menor relación S/V correspondió al embalse Abreo – Malpaso, al encontrarse principalmente organismos del género Dinobryon sp. que presentaba altas dimensiones con una morfología alargada. Finalmente, el mayor valor promedio para la variable DLM correspondió al embalse El Peñol – Guatapé, cuyas altas dimensiones estuvieron principalmente relacionadas con las colonias de gran tamaño del género Microcystis sp. Como se mencionó anteriormente, el género Dinobryon sp. representó un importante biovolumen en el embalse Abreo – Malpaso, aspecto importante en las condiciones de calidad del embalse, por ser uno de los géneros que más deterioran la calidad del agua, confiriéndole un fuerte sabor y color (Ramírez, 2000) Sin embargo, a pesar de representar únicamente el 1.15% del biovolumen del embalse, es necesario resaltar la presencia en este cuerpo de agua del género Oscillatoria sp. por su importancia como cianobacteria potencialmente tóxica, esta 31
representó el valor más alto de relación S/V reportado para todas las cianobacterias de importancia en el estudio, variable que podría beneficiar su desarrollo en el cuerpo de agua, además de una posible mejor captura de luz potenciada por su forma alargada y dimensiones considerables. Tabla 8. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse Abreo – Malpaso y sus características morfológicas Género Biovolumen (mm3/L) Relación S/V(µm-1) DLM (µm) Media Median Desv Media Median Desv Media Median Desv (min (min (min max) max) max) Oscillatoria sp.
Dinobryon sp.
0.07
0.07
0.06
5.67
0.36
0.36
0.10
(0.29 – 0.43)
(0.02 0.11)
5.67
1.39
0.08
94.35
49.7
(59.2– 129.5)
0.08
0.00
0.08 – 0.09)
(4.68 6.66)
94.35
227.45
5.67
1.39
(307.1 347.8)
En el embalse El Peñol – Guatapé, el género Microcystis sp. constituyó el 78.44% del biovolumen total medido en el embalse, siendo el género de mayor representatividad en todo el estudio, presentando valores máximos de 18.96 mm3/L, representando un valor importante a destacar en la búsqueda de un potencial riesgo por la proliferación de cianobacterias en el este sistema acuático. Sin embargo, las altas dimensiones de las colonias encontradas, aunque presentaron una DLM alta en comparación con otros organismos, obtuvieron los menores valores para la relación S/V. Este último valor está relacionado con las formas esféricas compactas que presentaron la mayoría de las colonias encontradas en el estudio. Si bien los bajos valores de relación S/V podrían sugerir una reducida interacción de esta cianobacteria con su medio, las altas dimensiones del alga determinadas por su DLM considerablemente alta podría constituir una importante ventaja en la captación lumínica y la resistencia a la herviboría y, por lo tanto, en la proliferación de esta cianobacteria en el embalse. Tabla 9. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse El Peñol - Guatapé y sus características morfológicas Género Biovolumen (mm3/L) Relación S/V(µm-1) DLM (µm) Media
Median
Desv
(min max)
Microcystis sp.
4.63 (0.01 18.96)
Media
Median
Desv
(min max)
0.56
7.31
0.05 (0.01 – 0.09)
Media
Median
Desv
185
127.37
(min max)
0.04
0.02
223.1 (70.3 – 435
Por otro lado, de acuerdo a la Tabla 10 el género Ceratium sp. presentó las mayores dimensiones morfológicas analizadas en el embalse Playas, con valores medios de estas variables significativamente superiores en comparación con el género Chroococcus sp., cianobacteria de mayor presencia en este cuerpo de agua, el cual presentó valores máximos y mínimos de biovolumen de 0.14mm3/L y 0.01mm3/L, respectivamente. Si bien esta 32
cianobacteria representa un gran interés por su potencial de toxicidad, su bajo biovolumen unido a las bajas dimensiones determinadas para la mayoría de estos organismos, no sugieren actualmente y de manera directa un posible riesgo por la proliferación de este organismo. Si bien el género Ceratium sp. no representa un riesgo en relación a posibles procesos de toxicidad en el embalse, sus altas dimensiones además de su importante relación S/V le confieren una ventaja ecológica especial que lo llevan a ser la especie dominante en este cuerpo de agua. Tabla 10. Fitoplancton de mayor abundancia en el embalse Playas y sus características morfológicas 3 Género Biovolumen (mm /L) Relación S/V DLM (µm)
Chroococcus sp.
Media (min max)
Median
Desv
0.06
0.03
0.06
Ceratium sp.
(0.040.24)
Median
Desv
0.21
0.14
0.14
(0.11 – 0.49)
(0.01 0.14)
0.11
Media (min max)
0.08
0.10
0.56 0.490.64)
Media (min max)
Median
Desv
54.28
53.65
11.14
111.10
22.30
(40.70 – 70.30)
0.54
0.07
116.55 (96.20148.00)
Finalmente, se presentan en la Tabla 11 las cianobacterias de importancia en el estudio, mencionadas anteriormente, relacionando sus principales características y recomendaciones para el cuerpo de agua en que se encuentran presentes. Tabla 11. Características y recomendaciones relacionadas con las cianobacterias de importancia en el estudio. Organismo Género Recomendaciones Aunque el organismo se Oscillatoria sp. identificó en una baja Algas filamentosas, densidad, debido a la dispuestas en forma recta o degradación notable del ligeramente curva, son embalse Abreo – Malpaso, es organismos solitarios que no necesario el estudio de forman agregados densos. cianotoxinas en este sistema, (Treiber, 1993) al presentarse un posible riesgo por la presencia de Especies de este género son Microcystinas y Anatoxinas, extremadamente sensibles a relacionadas con organismos las altas intensidades ya descompuestos lumínicas (Reynolds, 1987) Género común en aguas con Se recomienda, además, el Fotografía tomada en el contaminación orgánica monitoreo constante de la objetivo 40X (Ramírez y Roldán, 2007) proliferación de esta cianobacteria en el embalse. 33
Microcystis sp.
Fotografía tomada en el objetivo 10X
La evidente floración de este organismo en la primera estación del embalse El Peñol Guatapé, es motivo de alerta y sugiere la gestión inmediata para controlar su proliferación.
Forma colonias de formas generalmente irregulares, con células esféricas embebidas en matriz gelatinosa (mucílago). (Ramírez y Roldán, 2007) Se recomienda el diseño de planes de manejo para el Pueden tolerar la radiación control de la floración o solar prácticamente directa y diseños de remoción de esta crecen y se acumulan cianobacteria. próximas a la superficie del agua (UNESCO, 2009) Deben implementarse protocolos de divulgación en la zona recreacional del embalse y en general, con los ciudadanos que habitan la zona de influencia de este sistema acuático y hacen uso del cuerpo de agua.
Chroococcus sp. Género predominantemente plantónico, unicelulares o coloniales con baja cantidad de células (Ramírez y Roldán, 2007) Debido a su capacidad de flotación, las especies de este género son indicadoras de aguas estratificadas (Ramírez y Roldán, 2007)
La baja biomasa de este organismo en el embalse Playas no sugieren un riesgo inminente por su proliferación, sin embargo, es importante el monitoreo constante del cuerpo de agua, con el fin de diseñar medidas de manejo en el caso de un posible desarrollo masivo de esta alga.
Fotografía tomada en el objetivo 40X
Finalmente, estableciendo una relación entre las tres variables morfológicas analizadas en el estudio: biovolumen geométrico, relación S/V y DLM, se realiza una caracterización del posible riesgo por presencia de cianobacterias potencialmente tóxicas en cada uno de los embalses, teniendo como valor de referencia los valores máximos y mínimos de estas variables obtenidos en el tren de embalses. Dicha comparación se realiza con los valores medios de estas variables morfológicas en sistema acuático, donde se establecen cinco diferentes niveles de riesgo, de acuerdo a la interacción de las variables analizadas, como se describe en la Tabla 12. 34
Tabla 12. Descripción de los niveles de riesgo para el cuerpo de agua. Nivel de riesgo Descripción del riesgo Riesgo 1 Baja biomasa algal expresada en un biovolumen reducido, con baja relación S/V y DLM, que limitan su interacción con el medio y disminuyen sus ventajas ecológicas para la persistencia en el cuerpo de agua Riesgo 2
Biomasa algal alta expresada en un alto biovolumen, pero con bajos valores de relación S/V y DLM. Fitoplancton de bajo tamaño con una importante proliferación que se esperaría no persista en el cuerpo de agua, debido a su baja interacción con el medio y la disminución de posibles ventajas ecológicas para su persistencia. Puede también relacionarse con un bajo biovolumen y DLM, pero con altos valores de relación S/V, o por el contrario, bajo biovolumen y relación S/V, pero altos valores de DLM, que si bien no indican un riesgo inminente, puede favorecer una adecuada interacción con su medio o la captación lumínica necesaria, que en eventos futuros puedan beneficiar su proliferación.
Riesgo 3
Altos valores de biovolumen que indican una biomasa algal significativa, con bajos valores para DLM relacionadas con fitoplancton de menor tamaño, sin embargo, presenta una importante relación S/V que podría llevarlo al aumento de su densidad al relacionarse positivamente con su medio y poder captar de este la mayor cantidad de elementos necesarios para proliferar. También puede relacionarse con bajos valores de biovolumen, pero altos valores para relación S/V y DLM, variables que pueden inducir una importante ventaja ecológica para la proliferación de organismos en el embalse.
Riesgo 4
Biomasa algal alta, expresada en un alto valor de biovolumen. Aunque presenta una baja relación S/V, poseen una alta DLM expresada en organismos fitoplanctónicos de gran tamaño con importante ventaja ecológica para la captación lumínica y la proliferación, al evadir posiblemente diversos procesos de herbivoría.
Riesgo 5
Nivel de mayor alerta para el cuerpo de agua. Biovolumen geométrico algal significativamente alto, con alta relación S/V y DLM. Proliferación evidente de cianobacterias, que poseen una relación importante con su medio y que le permite el intercambio efectivo de elementos necesarios para su proliferación además de poseer grandes dimensiones que le permiten captar las cantidades de luz necesarias para su desarrollo masivo y una importante resistencia a procesos de herbivoría.
35
Finalmente, en la Tabla 13 se presenta la síntesis del nivel de riesgo por cianobacterias, asociado a los rasgos morfométricos de las mismas, relacionando cada sistema acuático estudiado en el nivel de riesgo obtenido de acuerdo a las características morfológicas de las cianobacterias identificadas en el estudio. Tabla 13. Nivel de riesgo calculado en cada uno de los embalses, en relación a las variables morfológicas estudiadas en el fitoplancton Variables morfológicas Biovolumen Alto Biovolumen Bajo
S/V Alta DLM Alta
S/V Baja DLM Baja
S/V Alta DLM Baja
Riesgo 5
Riesgo 2
Riesgo 3
Riesgo 3
Riesgo 1
Riesgo 2 (PLAYAS
S/V Baja DLM Alta Riesgo 4 (PEÑOL) Riesgo 2 (ABREO)
De acuerdo a la tabla anterior, los embalses Abreo – Malpaso y Playas se encuentran en un nivel de riesgo reducido de nivel 2, al presentar el primero bajos valores de biovolumen y DLM, con altos valores de relación S/V, mientras que el segundo presenta igualmente un bajo biovolumen, pero con baja relación S/V y una alta DLM de las cianobacterias encontradas. Este nivel de riesgo puede sugerir una posible proliferación en circunstancias futuras, por lo que, si actualmente no presentan un riesgo inminente, ninguno de estos embalses puede catalogarse como libre de riesgo. En el embalse El Peñol - Guatapé se presentaron altos biovolumenes de cianobacterias, principalmente representado por grandes colonias del género Microcystis sp. que, si bien presentaron una baja relación S/V relacionada con su forma esférica compacta, su considerablemente alta DLM les confiere una importante ventaja en la captación de luz y resistencia a la herbivoría, posibilitando la formación de blooms, como ha sucedido en la primera estación de este cuerpo de agua. Actualmente el embalse no puede catalogarse en su totalidad en un nivel de riesgo alto, sin embargo, la evidente proliferación de cianobacterias en la primera estación del embalse constituye una alarma importante para los gestores del cuerpo de agua, siendo necesaria la implementación de medidas para el control de la proliferación y posibles eventos fortuitos relacionados con el potencial tóxico de estos organismos.
36
Conclusiones A pesar de la conexión existente entre los tres cuerpos de agua estudiados, los embalses Abreo – Malpaso, El Peñol – Guatapé y Playas, exhiben una variación en relación a la abundancia, taxonomía y morfología de los organismos fitoplanctónicos encontrados, especialmente de la división Cyanophyta. Así como una importante diferencia en los parámetros fisicoquímicos y características limnológicas. El embalse Abreo – Malpaso se encuentra evidentemente afectado por los impactos antrópicos desarrollados en su cuenca, perturbando notablemente el segundo cuerpo de agua de este tren, el embalse El Peñol – Guatapé, al ingreso del Río Nare en el cuerpo de agua, lo que puede evidenciarse en la floración de cianobacterias en la primera estación del embalse. Las características de los embalses estuvieron fuertemente relacionadas con la morfología del fitoplancton identificado en los cuerpos de agua. En el embalse Abreo – Malpaso, debida a la proliferación de plantas acuáticas y la coloración oscura de sus aguas, los organismos encontrados se caracterizaban por poseer formas alargadas y grandes dimensiones, lo que constituye una ventaja ecológica para la captación de luz y su persistencia en el cuerpo de agua. De igual manera, en la primera estación del embalse El Peñol – Guatapé, las altas concentraciones de nitrógeno y fósforo, además de una baja incidencia de corrientes de viento que puedan generar movimiento en esta zona del cuerpo de agua, favorecen la proliferación de cianobacterias, predominando por lo tanto formas coloniales con células esféricas embebidas en un mucílago y con elevadas dimensiones. Finalmente, en el embalse Playas no se determinó una posible floración de cianobacterias, encontrándose en general organismos de bajas dimensiones, pero que presentaban altos valores de relación S/V, lo que podría favorecer en circunstancias futuras el aumento de estos organismos fitoplanctónicos en el cuerpo de agua, en el caso tal en que la disponibilidad de nutrientes y energía lumínica también lo favorezca. De igual manera, las diferentes estaciones estudiadas en cada uno de los embalses exhibieron en general comportamientos diversos. El embalse El Peñol – Guatapé presentó una notable diferencia en la abundancia de las comunidades fitoplanctónicas, presentando un bloom en su primera estación, pero una disminución significativa de organismos en las estaciones siguientes, presentando estas últimas zonas del embalse una mayor incidencia de viento y movimiento de aguas, factor determinante para inhibir la proliferación de cianobacterias. Finalmente, esta importante variación en el comportamiento de las cianobacterias, tanto de las diferentes estaciones, como de los embalses estudiados, da lugar a diferentes niveles riesgo asociados con la proliferación de organismos de la división Cyanophyta. Mientras que en los embalses Abreo – Malpaso y Playas, las cianobacterias no constituyeron el organismo predominante en el cuerpo de agua, la presencia de estas y sus características morfológicas asociadas principalmente con altas DLM, en el caso del primera embalse, o una alta relación S/V, para el segundo embalse, ya es un motivo de alerta, surgiendo la necesidad de implementar diversos protocolos ya sea para la detección de posibles cianotoxinas disueltas 37
en el agua debido a la descomposición de cianobacterias presentes en épocas previas al estudio, como en el caso del embalse Abreo - Malpaso, o el monitoreo constante para el control de la proliferación de cianobacterias, como en el embalse Playas. Mientras que para el embalse El Peñol – Guatapé, aunque presentara en general menores concentraciones de nutrientes en sus dos últimas estaciones, la estación 1 constituye el principal riesgo determinado en el estudio, encontrándose un elevado biovolumen de cianobacterias conformado principalmente por colonias del género Microcystis sp. con altas dimensiones y un número elevado de células, que sugieren la necesidad inmediata de la creación de protocolos y medidas de manejo, tanto para la extracción de los organismos en superficie como para el estudio de posibles cianotoxinas disueltas en el agua. Se reconoce, además, un preocupante desconocimiento del peligro potencial de la proliferación de cianobacterias, haciéndose uso del cuerpo de agua para fines recreacionales y de pesca en zonas visiblemente afectadas por un desarrollo masivo de algas. Determinándose la necesidad de una inclusión de los habitantes de la zona para el desarrollo de protocolos de control y prevención, así como la implementación de medidas de divulgación en zonas de influencia de los embalses con alta proliferación de cianobacterias, con el fin de evitar posibles eventos desafortunados relacionados con la presencia de cianotoxinas en los cuerpos de agua y afectaciones graves a seres humanos y animales.
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