DETERMINACIÓN DE LA INTEGRIDAD ECOLÓGICA DE UN ECOSISTEMA ACUÁTICO CON BASE EN MONITOREOS BIOLÓGICOS

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1 DETERMINACIÓN DE LA INTEGRIDAD ECOLÓGICA DE UN ECOSISTEMA ACUÁTICO CON BASE EN MONITOREOS BIOLÓGICOS Wilson Yesid Grimaldo V. Licenciado en Quí mica y Biologí a. Universidad de la Salle. Profesor de Ciencias Naturales Liceo de Cervantes El Retiro. Director de GEALCER. E mail : grimila@col1.telecom.com.co. Resumen. La ignorancia sobre el manejo de nuestros recursos naturales y el mínimo desarrollo de planes de conservación y mantenimiento de nuestros recursos hídricos, son la principal causa del deterioro y muerte de nuestros ecosistemas acuáticos. Un buen conocimiento del comportamiento de nuestros ecosistemas lóticos tropicales, podría ser generador no sólo de una explotación adecuada de nuestros recursos ícticos, sino del establecimiento de planes preventivos de desastres en las zonas con mayor riesgo de inundación. El artículo hace mención a algunos de los efectos producidos por disturbios naturales y/o antropogénicos y presenta algunos métodos biológicos que permiten valorar la integridad de un ecosistema acuático lótico. Abstract La ignorancia sobre el manejo de nuestros recursos naturales y el mínimo desarrollo de planes de conservación y mantenimiento de nuestros recursos hídricos, son la principal causa del deterioro y muerte de nuestros ecosistemas acuáticos. Un buen conocimiento del comportamiento de nuestros ecosistemas lóticos tropicales, podría ser generador no sólo de una explotación adecuada de nuestros recursos ícticos, sino del establecimiento de planes preventivos de desastres en las zonas con mayor riesgo de inundación. El artículo hace mención a algunos de los efectos producidos por disturbios naturales y/o antropogénicos y presenta algunos métodos biológicos que permiten valorar la integridad de un ecosistema acuático lótico. Key Words: biological monitoring, watershed ecosystem, Padilla stream, community ictic, unit steam power. Introducción Los ecosistemas acuáticos son el centro de interacción de un gran número de factores bióticos y abióticos que pueden ser modificados drásticamente por la dinámica energética fluvial. El transporte de material aluvial, puede ser uno de los factores más determinantes en la alteración del ecosistema, como consecuencia de los eventos de disturbancias,que modifican no sólo el paisaje natural sino también la composición y distribución espacio-temporal de los hábitats dispuestos en su gradiente longitudinal y las comunidades bióticas inmersas en ellos. Por otra parte, los procesos resultantes de tales disturbios, modifican los factores físico-químicos que a su vez alteran la dinámica trófica de las comunidades bióticas interactuantes. Tales consecuencias son fuertemente dependientes de una variedad de factores bióticos y abióticos (e. g. Gradientes climáticos regionales, gradientes topográficos y tipos de sustrato) (White y Pickett, 1985) la pérdida o reducción de la vegetación riparia y su incidencia en la morfología del canal (Karr y Schlosser, 1978). La remoción de la vegetación riparia, bien sea por eventos de disturbancias naturales o por causas antropogénicas, reducen el gradiente longitudinal del sistema, disminuyendo la presencia de meandros y derivando en efectos de canalización que aumentan la velocidad de corriente, incrementando a su vez la Unidad de Poder de Flujo de Corriente (USP Unit Stream Power). 19

2 Un aumento en la USP incrementa la carga o transporte de sedimentos produciendo bancos erosivos y por consiguiente promoviendo la pérdida potencial de la diversidad de hábitats acuáticos (Karr y Sclosser, 1978). Por otra parte, la remoción o reducción de la vegetación riparia, incrementa la temperatura del agua por mayor exposición del canal, produciendo así un elevado deterioro de la calidad del agua. Factores Moderadores de Efectos Disturbantes. En estudios realizados en la Quebrada Padilla - un tributario medio del sistema Magdalénico en el Departamento del Tolima -, la fisiografía del ecosistema presenta una dinámica de parches (White y Pickett, 1985), que se caracteriza por una alta diversidad de hábitats con una alta heterogeneidad longitudinal, pero una homogeneidad interna y discreta del paisaje, sectorizada en cada estación estudiada (Grimaldo, 1998). Tal heterogeneidad, describe una alternancia de coriotopos en la cual se pueden apreciar: pozos someros, pozos profundos, regadales y canales principales que persisten espacial y temporalmente, y hábitats de charcas y macrófitas, presentes solo durante períodos de sequía. Sin embargo, la persistencia de un gran número de hábitats en la escala espacio-temporal y por ende, el alto índice de diversidad de hábitats hallados, obedecen a distintos factores : 1. El curso del sistema es serpenteante y presenta una elevada formación de meandros. 2. El plano de inclinación del curso es relativamente bajo, lo cual deriva en una reducción en la velocidad de la corriente y por lo tanto en un decremento en el transporte de material aluvial (Karr y Schlosser, 1978).. 3. La combinación de las dimensiones Sustrato- Profundidad, es un factor determinante en la alternancia de coriotopos que modelan un equilibrio en la carga y transporte de sedimentos y la formación de una dinámica de parches que evita efectos de canalización (Grimaldo, 1998). 4. La presencia de vegetación riparia que bordea toda la zona ribereña, no sólo disminuye la temperatura del agua, sino que también evita la formación de bancos erosivos que podrían incrementar el transporte de sedimentos y nutrientes del ambiente terrestre al medio acuático, permitiendo procesos potenciales de degradación en la calidad del agua A pesar de que los eventos de disturbancias naturales más comunes, tales como los causados a partir del ciclo hidrológico, pueden incrementar 20

3 la descarga total del sistema modificando el paisaje y presentando variabilidad espaciotemporal de los hábitats presentes, el curso y en general la fisiografía del ecosistema se mantienen bastante estables, debido a que factores como los anteriormente mencionados actúan como sistemas amortiguadores de dichos eventos, proporcionando un alto equilibrio en la dinámica energética del ecosistema y los procesos interactivos de las comunidades inmersas y sus respectivos hábitats. Aunque los eventos de disturbancia natural suelen ser más determinantes en su incidencia sobre sistemas que presentan un efecto de continuum (Vannotte, 1980), modificando el paisaje y la fisiografía del sistema por su mayor tendencia a presentar efectos de canalización, son las acciones antropogénicas, los procesos más letales y destructivos en la degradación de los ecosistemas acuáticos. Indicadores Biológicos. No sólo los eventos destructivos causados por el hombre tales como la tala de bosques, son causantes de disturbios. También lo son la contaminación del agua, tanto por actividades agrícolas, como por contaminación industrial y urbana. En general, la alteración de cualquier factor físicoquímico puede ser causante de severos cambios en la estructura de las comunidades presentes, llegando incluso a ser letales para algunas de las especies menos tolerantes a dichos cambios. Los organismos del fitoplancton, por su función autotrófica, son indicadores biológicos que permiten determinar la productividad y la calidad del agua en ecosistemas lénticos. Las crisofíceas, dinofíceas y bacilariofíceas son indicadoras de aguas oligotróficas, mientras las cianofíceas, clorofíceas y euglenofíceas, mucho más tolerantes, son indicadoras de procesos de eutroficación mucho más avanzados (Roldán, 1992). Las comunidades acuáticas naturales, se caracterizan por poseer muchas especies y pocos individuos por especie, o pocas especies y muchos individuos por especies (Roldán, 1981). Así, los cambios en la diversidad de especies fitoplanctónicas presentes, pueden ser utilizados como indicador biológico en la calidad del agua. Pero no es sólo el cambio en la estructura de la comunidad lo que indica una perturbación en el sistema, es la dominancia de especies más tolerantes sobre otras, lo que ejerce un valor determinante en la evaluación de la calidad del agua y el estado del ecosistema El Indice de Diversidad de Shannon Weaver (H') es una expresión estadística, que permite valorar y determinar las condiciones ecológicas de un ecosistema. La expresión matemática se determina como : H ' = S i= 1 ( ni )ln( ni n ) n donde : H' = Indice de Diversidad. n i = número de individos por especie en una muestra de una población. n = número total de individuos en una muestra de una población. ln = logaritmo natural. Los valores obtenidos a través del monitoreo biológico y la posterior aplicación del índice de diversidad, pueden oscilar en valores que van desde 0 hasta 5. Valores entre 3 y 5 representan sistemas con alta calidad de sus aguas, valores entre 1,5 y 3 son indicadores de aguas medianamente contaminadas, y valores entre 0 y 1,5 corresponden a aguas muy contaminadas.. De igual forma, el índice de diversidad es aplicable a monitoreos biológicos de macroinvertebrados. En los sistemas lóticos, los organismos del bentos son utilizados como indicadores biológicos, debido a su mayor tolerancia y adaptabilidad a las aguas corrientes En estudios realizados en la quebrada San Vicente un Tributario del curso medio del Río Bogotá -, el índice de diversidad valorado para los organismos del fitoplancton fue de 1, , mientras el valor determinado para los organismos bénticos fue de 0, (GEALCER y Grimaldo,1997).. 21

4 Indice de Nyggard. # de taxones de Cyanophytas 4 1. Cyanophytas = = # de taxones de Desmidiáceas 2 # de taxones de Chlorococcales 1 2. Cloroophytas = = ,5 < ! Eutrófico # de taxones de Desmidiáceas 2 # de taxones de Diatomeas Céntricas 2 3. Diatomeas = = = 0, ! 0,2 a 3,0 Eutrófico # de taxones de Diatomeas Pennales 5 Taxones de Cyano + Chloro + Eugleno + Diatomeas Compuesto = = = 5 > 2,5 Eutrófico # de taxones de Desmidiáceas 2 Figura 2. Indice de Nyggard, aplicado a Monitoreos realizados en la Quebrada San Vicente. Tomado de GEALCER, Vol 1, El concepto de biodiversidad se define como "La variedad y variabilidad entre los organismos vivos y los complejos ecológicos en los cuales ellos ocurren". (OTA, 1987, p. 3). Un alto índice de diversidad refleja la presencia de una cantidad reducida de organismos de la misma especie, pero un número elevado de especies distintas. Así mismo, un índice bajo representa un número elevado de organismos de una misma especie, con una variedad mínima de especies. Por otra parte, la diversidad biológica varía de acuerdo a las condiciones geográficas. Globalmente, tiende a aumentar a medida que nos acercamos al trópico, al igual que también disminuye con la altitud. Integridad Biológica. El concepto de Integridad Biológica se define como "La capacidad de soportar y mantener una comunidad de organismos balanceada, integrada y adaptada, teniendo una composición de especies, diversidad y organización funcional comparables a la de los hábitats naturales de la región". (Karr y Dudley, 1981). Karr y Schlosser, sostienen que dos importantes distinciones entre integridad y diversidad, emergen de esta definición. " Primero, el sistema de integridad está reflejado en los elementos biológicos y el proceso que genera y el mantenimiento de esos elementos, mientras que la diversidad describe únicamente los elementos. Y segundo, únicamente la integridad está directamente asociada con el contexto evolutivo".(karr y Schlosser, 1994). Así, la diversidad puede ser un elemento indicador de los efectos de alteración pero no refleja completamente los niveles de organización evolutiva de la comunidad. Es más, por citar un ejemplo, el enriquecimiento de nutrientes en un ecosistema oligotrófico podría incrementar la diversidad de especies, pero a la vez podría eliminar una comunidad única, alterando completamente la integridad biológica del sistema. De este modo, se puede asumir que un ecosistema con alta integridad biológica, debe presentar altos índices de diversidad, y sin embargo valores elevados de diversidad, no son indicadores de un ecosistema con alta integridad biológica. 22

5 La diversidad biológica, es un elemento que ensamblado en los procesos desarrollados dentro de la dinámica energética de un ecosistema puede servir como indicador de la integridad biológica a partir de monitoreos de las especies interactuantes en el sistema. Karr, diseñó un Indice de Integridad Biótica (IBI - Index of Biotic Integrity), basado en el ensamblaje de 12 atributos biológicos desarrollados a partir del monitoreo con especies ícticas. (Tabla 1) El valor cuantifica ecológicamente, el significado de aspectos del ensamblaje, que se relacionan con influencias humanas, tales como la riqueza y composición de especies, la composición trófica y la abundancia y las condiciones fisiológicas y anatómicas de los peces. A cada atributo le es asignado un valor que varía entre 1, 3 ó 5, dependiendo de si el parámetro evaluado, registra una desviación alta, moderada o mínima, de acuerdo a los valores observados en lugares no intervenidos por la influencia humana. Al final, el estudio podrá registrar un IBI con valores mínimos de 12 ( =12 x 1 ), indicando ecosistemas muy degradados, hasta un máximo de 60 ( = 12 x 5 ), reflejando sistemas excelentes e intáctos. Las propiedades de la evaluación estadística del IBI están ampliamente explicadas en Karr y Conquest, Medida Grupal Atributo Relación con Degradación. Composición de especies 1. Total de especies Negativo 2. Especies en Percoides Negativo 3. Especies Cyprinidas Negativo 4. Especies de Sp. Sucker Negativo 5. Especies intolerantes Negativo 6. % de individuos tolerantes Positivo. Composición Trófica 7. % de Omnívoros Positivo. 8. % de Insectívoros Negativo. 9. % máximo de carnívoros Negativo Condiciones Icticas 10. Desoves Litofílicos Negativo 11. Deformados, tumores lesiones Positivo 12. Número total de peces Negativo. Tabla 1. Atributos biológicos de la comunidad íctica, usada para calcular el IBI en Ohio. (Tomado de Statistical Properties of an Index of Biological Integrity Used to Evaluate Water Resources. Karr and Conquest, Can. J. Fish. Aquat. Sci., Vol 51, 1994) El IBI ha sido aplicado en la evaluación de ecosistemas a partir del monitoreo con algunas taxas (peces, insectos, algas, aves), tipos de hábitats(corrientes, humedales, estuarios) y en casi todas las regiones geográficas. (Karr, 1998). Algunos biólogos han hecho adaptaciones aplicadas a las necesidades del ecosistema en estudio (Zachary et. Al. 1998). El mismo Karr, desarrolló una modificación aplicada al monitoreo con organismos bénticos proponiendo un B - IBI ( Indice Béntico de Integridad Biótica )(Kerans y Karr, 1996 ). El IBI y sus diversas modificaciones, son un recurso muy importante en la evaluación y determinación de los procesos biológicos naturales. Aunque es una herramienta relativamente nueva en el campo de la ecología, sus usos y aplicaciones se han extendido en prácticamente todo el globo terráqueo. Desafortunadamente, en Colombia son muy pocos los estudios realizados, que permiten realmente establecer un pleno conocimiento de la potencialidad energética y productiva de nuestros recursos naturales. A pesar de estar catalogado en lugares muy privilegiados en cuanto a diversidad se refiere, la carencia de políticas de protección 23

6 ambiental y la mínima intervención de entidades oficiales y de la empresa privada, son motivo suficiente para ocupar también, los primeros lugares en la destrucción y muerte de ecosistemas acuáticos y la pérdida ecológica de especies únicas y representativas de nuestros hábitats tales como el oso de anteojos, los delfines rosados, la tingua y hasta el cóndor de los andes; emblema de nuestro escudo nacional. Sólo una alta concientización de los efectos de la influencia de las acciones humanas sobre nuestros ecosistemas y la adpoción de políticas cuyas metas vayan enfocadas hacia la protección ambiental y el diseño de estrategias de investigación y conocimiento de nuestra diversidad biológica pueden brindarnos una posición más privilegiada económica, social y culturalmente. Si bien es cierto que el próximo milenio brindará estos beneficios a los países que posean el manejo de la informática, también es un hecho, que los recursos hídricos cada vez son más escasos y que de ellos depende nuestra supervivencia en este planeta. Agradecimientos. Al Doctor James R. Karr. Profesor de Zoología y Peces. Profesor Adjunto de Ingeniería Civil, Salud Ambiental y Asuntos Públicos. Director del Instituto de Estudios Ambientales, Universidad de Washington, por su valiosa colaboración en la orientación del manejo del IBI y la consecución de material bibliográfico. Literatura Citada. Angermeier, Paul L. and Karr, J. R. Biological Integrity versus Biological Diversity as Policy Directives. BioScience. Vol. 44. Nº Fore, S. Leska; Karr, J. R. and Conquest, L. Statistical Properties of an Index of Biological Integrity Used to Evaluate Water Resources. Can. J. Fish. Aquat. Sci., Vol. 51, Fore, S. Leska, Karr, J. R. and Wisseman W. Robert. Assessing Invertebrate responses to human activities: evaluating alternative approaches. J. N. Am. Benthol. Soc., GEALCER y Grimaldo, V. Wilson. Estudio del proceso de eutroficación en la zona de pótamon de la Quebrada San Vicente. Gealcer Magazine. LCR. Vol Grimaldo. V. Wilson. Distribución espacio - temporal de Coriotopos como respuesta a las fluctuaciones en regímenes de Disturbancias Naturales Karr, J. R. and Schlosser J. Isaac. Water Resources and Land - Water Interface. Science, Vol 201, 21. July 1978 Karr, J. R. Rivers as Sentinels: Using the Biology of Rivers to Guide Landscape Management. The Pacific Coastal Ecosystem Roldán, P. Gabriel. Ecología. Edit. Norma, Fundamentos de Limnología Neotropical. Edit. Universidad de Antioquia Vannotte, Robin; Minshall W. G.; Cummins W. K;, Sedell,J. R. And Cushing Colbert. The River Continuum Concept. Can. J. Fish. Aquat. Sci. Vol. 37., White, P. S. And Picket, S.T. The Ecology of Natural Disturbance and Patch Dynamic. Academic Press. New York Zachary H.; Freeman, C. And Watson L. Index of Biotic Integrity Applied to a Flow-regulated River System. Aso. Fish and Wildlife Agencies.,