CONTAMINACIÓN Y BIODIVERSIDAD EN ECOSISTEMAS ACUÁTICOS. EL FITOPLANCTON DE LA BAHÍA DE SANTIAGO DE CUBA

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1 Rev. Invest. Mar. ():9-97, CONTAMINACIÓN Y BIODIVERSIDAD EN ECOSISTEMAS ACUÁTICOS. EL FITOPLANCTON DE LA BAHÍA DE SANTIAGO DE CUBA Liliana Gómez, Yarima Larduet y Noel Abrahantes () Universidad de Oriente. Facultad de Ciencias Naturales y Matemática. Departamento de Biología. Ave. Patricio Lumumba s/n. Santiago de Cuba. CP 95. () Empresa Geominera Oriente. Alturas de San Juan. Carretera de Siboney. Km /. Santiago de Cuba. C.P. 98. RESUMEN La Bahía de Santiago de Cuba es la segunda más contaminada del país. Los vertimientos más agresivos aportan metales pesados, detergentes, líquidos orgánicos e inorgánicos, albañales e hidrocarburos. Se realizaron análisis físico-químicos y microbiológicos para evaluar el nivel de contaminación del agua: DQO, concentración de nitrato, nitrito y amonio, ph, salinidad, temperatura, O disuelto y recuento de coliformes fecales, así como un análisis de la concentración fitoplantónica con la consiguiente identificación de los géneros presentes. Se diseñó un muestreo por perfiles de área en estaciones. Los estudios se llevaron a cabo durante el mes de Julio de 998. Se detectó mayor diversidad de diatomeas y cianofitas euhalóbicas, siendo los géneros identificados: Ceratoneis, Pinnularia, Navicula, Nitzschia y Phaeodactylum (diatomeas), Chroococcus, Oscillatoria, Anabaena (cianofitas), Chlorella (clorofita), Euglena (euglenofita) y fitoflagelados. La densidad de la comunidad fitoplanctónica está afectada por la contaminación presente en el acuatorio. Palabras clave: agua contaminada; diversidad de especies; bahías; fitoplancton; ASW, Cuba. ABSTRACT Santiago of Cuba bay is the second one polluted in Cuba, following the Havana bay. Most important pollutant agents are heavy metals, detergents, organic and inorganic liquid, domestic waste and hydrocarbons. It was carry out some physical, chemical and microbiology analysis in order to evaluate the pollution degree of the water: COD 5, nitrate, nitrite and anmonia concentration, ph, temperature, salinity, dissolved oxygen, faecal coliforms, and phytoplanktonic concentration. Microalgae were identify too albeit only species were reported in some cases. The strains were taking on following the pattern of area profiles on stations. Studies were carried out in July of 998. Euhalobic diatomeas and cianophytas are the most abundant microalgae. The represented genus are Ceratoneis, Pinnularia, Navicula, Nitzschia and Phaeodactylum (diatomeas), Chroococcus, Oscillatoria, Anabaena (cianofitas), Chlorella (clorofita), Euglena (euglenofita) and phytophlagelates. The density of phytoplankton community was afected by pollution in the Santiago de Cuba bay. Key words: water pollution; species diversity; bays; phytoplankton; ASW, Cuba. INTRODUCCIÓN El deterioro de los ecosistemas debido a la contaminación es un problema crítico de nuestros tiempos. La creciente cantidad de contaminantes en zonas costeras se produce como consecuencia del vertimiento de desechos industriales, urbanos, la actividad agrícola, minera y portuaria, representando un peligro inminente para el hombre y el medio ambiente. La actividad antropogénica es una constante amenaza para la estabilidad de los ecosistemas y en este sentido, los sistemas acuáticos son receptores de toda clase de desechos urbanos que, en su mayoría, son orgánicos; detectándose, además, la presencia de compuestos tóxicos (Fargašová, 997), generalmente considerados agresivos por su persistencia en los sedimentos (Visviki y Rachlin,99). En los sistemas acuáticos las microalgas constituyen el primer eslabón de la cadena trófica. En su condición de productor primario, el fitoplancton permite la entrada de energía al ecosistema, regula el régimen gaseoso y tiene acción depuradora, por lo que se considera uno de los indicadores más importantes de las alteraciones del medio marino (Loza, 99). Los ensayos con algas han sido reconocidos por las autoridades reguladoras como relevantes y sensibles, conside-rándose indicadores primarios de contaminación (Fargašová, 997). Santiago de Cuba es la segunda ciudad más importante de Cuba; en la bahía se desarrolla una buena parte del comercio, numerosas industrias de gran importancia se encuentran en sus márgenes: fábrica de cemento, termoeléctrica, refinería de petróleo, frigorífico, astilleros y otros, desarrollándose de forma intensa la actividad portuaria e industrial. Por otra parte, existen balnearios, 9

2 Gómez et al.: Contaminación y biodiversidad en ecosistemas acuáticos. El fitoplancton de la Bahía de Santiago de Cuba se desarrollan actividades de pesca artesanal, comercial y deportiva, se practican deportes náuticos y existen algunas instalaciones turísticas. La población se ha desarrollado fundamentalmente en la parte Este y Norte. El desarrollo acelerado de la cuidad en los últimos años y el aumento de la industrialización, todo ello aparejado al deficiente sistema de alcantarillado de los asentamientos humanos y la carencia de plantas de tratamiento de residuales tanto urbanos como industriales, han convertido a la bahía en el gran basurero de la ciudad, siendo la segunda más contaminada de Cuba. El objetivo de este trabajo fue estudiar la composición taxonómica de la comunidad fitoplanctónica de la Bahía de Santiago de Cuba y hacer una bioevaluación del impacto de la contaminación sobre ésta, considerando indicadores químicos y físicos. ÁREA DE ESTUDIO La Bahía de Santiago de Cuba se encuentra localizada en la costa Sur de la región oriental de la isla de Cuba, específicamente en la parte central de la Cuenca de Santiago de Cuba, a los 9 58' N y 7 5' W; formada por un hundimiento originado por un sistema de fallas en dirección Norte, cuyo origen es tectónico-erosivo (Fig. ). Ensenada Cajuma Cayo Ensenad Río Cobre Ensenada Victorino Estación Río Los Río Guaos Gascón Estación Cayo Ratón Río La Estrella Río Yarayó Estació Fig.. Área de estudio. Distribución de las estaciones de muestreo () en la Bahía de Santiago de Cuba. en las que quedó dividida la bahía después del estudio (,, y ). Las líneas de punto delimitan las zonas en que estaba dividida la Bahía por la COMARNA N Es una bahía de bolsa con una boca extremadamente estrecha, 5 m de ancho; 9 km de largo y km en su parte más ancha. Su profundidad promedio es de 8m y la profundidad máxima de. La costa interior de la bahía es bastante irregular. Se destacan seis ensenadas, siendo el principal accidente geográfico la Ensenada Miradero. En el interior de la bahía hay cayos: Cayo Ratón y Cayo Granma, éste último densamente poblado. En la bahía desembocan cinco ríos: La Estrella, Cobre o Paradas, Yarayó, Gascón y Los Guaos, con una carga contaminante significativa. El área del espejo de agua es de.9 km, siendo su perímetro de.5 km. El volumen total de agua es de 9 millones de m. El clima de marea alcanza en el flujo y reflujo los.5 millones de m, siendo la renovación del agua cada 8 días, lo que favorece los procesos de contaminación. El volumen de aguas residuales que recibe la bahía es aproximadamente de millones de m por día, mientras que el volumen de agua pluvial contaminada es de m por día (COMARNA, 98). Esta zona se caracteriza por recibir una media anual de irradiación diaria de 5. kwh - m -. Los vientos predominantes en la zona son vientos Sur. MATERIALES Y MÉTODOS Se diseñó un muestreo por perfiles de área en estaciones (Fig. ). Los estudios se llevaron a cabo durante el mes de Julio de 998. Las muestras fueron tomadas a m de profundidad. Se realizaron análisis físico-químicos y microbiológicos para evaluar el nivel de contaminación de las aguas, estos fueron: DBO 5, concentración de nitrato, nitrito, amonio (mg L - ) y ph, realizados por los Laboratorios Elio Trincado de la Empresa Geominera de Santiago de Cuba; salinidad ( ), determinada con un refractómetro de mano Erma; temperatura y O disuelto (mg L - ), determinados con un medidor digital de oxígeno Toa Electronics Ltd., estos tres últimos parámetros se determinaron in situ. El recuento de coliformes totales y fecales (ufc ml - ) se realizó en los Laboratorios de Microbiología del Centro Provincial de Medicina Veterinaria de Santiago de Cuba. 9

3 Rev. Invest. Mar. ():9-97, Se aplicó un ANOVA unifactorial con p<.5 para las comparaciones múltiples entre las medias, y correlaciones bivariadas y parciales entre todos los parámetros analizados. Para llevar a cabo los muestreos con el propósito de caracterizar el fitoplancton presente en el acuatorio se empleó la metodología propuesta por Cruz (98), que consiste en tomar la muestra integrada de la columna de agua hasta m de profundidad. Las muestras fueron almacenadas en frascos de ml, fijadas con lugol ácido y sometidas a centrifugación antes de ser observadas al microscopio. En el análisis cualitativo se precisó hasta la especie siempre que fue posible. La concentración total del fitoplancton se calculó a partir de los resultados obtenidos en los recuentos celulares realizados en una Cámara Neubawer improved y se expresa en cél. L -. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 98). Desde entonces no se han realizado investigaciones similares hasta la fecha. Los resultados que aquí se presentan justifican una nueva división de la bahía, teniendo en cuenta de forma integral los parámetros evaluados. Las investigaciones realizadas en Julio de 998 muestran que, respecto a los indicadores físicos y químicos, a lo largo de la bahía no existen gradientes marcados de salinidad, siendo el valor promedio.7±.6. Las variaciones de temperatura son mayores, registrándose máximos valores en la zona (Fig. ), lo que puede deberse fundamentalmente al vertimiento industrial de aguas calientes en esta zona. En las estaciones 8 y 9 se registraron valores de temperatura de.±.5 y.56±.8 C, respectivamente. Estas estaciones están ubicadas en la Ensenada de Victorino y a la entrada de las ensenadas de Victorino y Cajuma, donde la termoeléctrica vierte aguas calientes (Fig. ). El valor promedio de temperatura registrado en la bahía fue.67±.7 C. La Bahía de Santiago de Cuba ha sido objeto de investigaciones puntuales, no sistemáticas, que de forma general no abordan integralmente los conflictos que en ella tienen lugar. La contaminación es uno de los puntos álgidos de este ecosistema y de forma particular ha sido tema de investigación y/o monitoreo por diferentes empresas del territorio, si bien los ríos que en ella desembocan han sido ampliamente estudiados entre los años Oxígeno disuelto (mg/l) 8 Temperatura ( C) En 979, debido a la polución y al colapso ecológico de la bahía, el Gobierno de la provincia creó una comisión de evaluación, que en 98 se integró a la Comisión de Medio Ambiente y Recursos Naturales (COMARNA) con el propósito de hacer un diagnóstico de la situación del ecosistema. Uno de los resultados principales de estas investigaciones realizadas por la COMARNA fue dividir la bahía en tres zonas: A. al Norte, con una carga contaminante importante; B. la zona de mayor tamaño que ocupaba toda la parte central de la bahía, caracterizada por el estacionamiento de las aguas y C. desde la refinería de petróleo a la entrada de la bahía, caracterizada por un intercambio constante de agua, ayudado por los vientos del Norte y el Noreste (Fig. ) (COMARNA, Fig.. Variación de la concentración oxígeno disuelto (columnas) expresado en mgl - y de la temperatura (línea) en C en las diferentes zonas de la Bahía de Santiago de Cuba. Los valores de ph registrados en las diferentes estaciones se mantuvieron entre 6.9±.8 y 7.6±., por lo que desde este punto de vista el agua tuvo calidad dudosa (NC: XX---). La concentración de oxígeno disuelto fue significativamente diferente en las zonas delimitadas (p<.5), indicando una calidad del agua mala en 9

4 Gómez et al.: Contaminación y biodiversidad en ecosistemas acuáticos. El fitoplancton de la Bahía de Santiago de Cuba la Zona, dudosa en las zonas y, mientras que en la Zona fue buena (NC: XX---) (Fig. ). Para la DBO 5 se mantiene este análisis de calidad (Fig. ). Los resultados de la aproximación de valores por zonas, para las concentraciones de nitrato, nitrito y amonio en las cuatro zonas de la bahía (Figs. -6) muestran que respecto al nitrato, la calidad del agua es mala en todo el cuerpo de agua, mientras que las concentraciones de nitrito son nocivas a partir de la Zona, confiriéndole al agua calidad dudosa (NC: XX---). Las concentraciones de amonio tienen un compor-tamiento atípico, contribuyendo a la mala calidad del agua en las zonas, y, y a una calidad dudosa en la Zona ; esto puede deberse a los bajos valores de este parámetro registrados en la Ensenada Miradero. Es importante destacar que en la Zona se registran altas concentraciones de nitrato, amonio y nitrito, lo que está relacionado con la presencia de los vertimientos de las industrias más agresivas: fábrica de cemento, refinería de petróleo y termoeléctrica. Sin embargo, no existe vertimiento directo de nitrito en esta zona, por lo que no sólo hay que considerar la composición de los efluentes sino las posibles reacciones que pueden tener lugar. NO (mgl - ),, DBO5 (mgl - ) Fig. 5. Variaciones de la concentración de nitrito expresada en mg L - en las cuatro zonas de la Bahía de Santiago de Cuba Fig.. Variación de la DBO 5 expresada en mgl - de Cuba NH (mgl - ),5 NO (mgl - ) Fig.. Variaciones de la concentración de nitrato expresada en mg L - en las cuatro zonas de la Bahía de Santiago de Cuba Fig. 6. Variaciones de la concentración de amonio expresada en mgl - en las cuatro zonas de la Bahía de Santiago de Cuba Respecto a la caracterización fitoplanctónica, se identificaron géneros y especies, pertenecientes a familias: Bacillariophyceae (diatomeas), Cyanophyceae, Chlorophyceae y Euglenophyceae (Tabla ). Desde el punto de vista cualitativo es significativo el predominio de las diatomeas, representadas por 5 géneros, y las cianofitas, representadas por ; dentro de éstas últimas se 9

5 Rev. Invest. Mar. ():9-97, destaca la presencia de algas filamentosas. Es importante señalar que en la estación 5 (Fig. ) se detectó un bloom, aún en estudio, cuya presencia temporal y espacial parece ser frecuente y en el que aparecen especies de diatomeas, clorofitas y cianofitas. Tabla. Fitoplancton de las aguas de la Bahía de Santiago de Cuba. FAMILIAS Bacillariophyceae Cyanophyceae Chlorophyceae Euglenophyceae GENEROS Y ESPECIES Ceratoneis sp. Pinnularia sp. Navicula spp. Nitzschia longissima (Brebission) Ralfs Phaedactylum tricornutum (Bohlin) Phaedactylum sp. Chroococcus sp. Oscillatoria spp. Anabaena cylindrica Chlorella sp. Euglena spp. Aunque las diatomeas fueron numéricamente dominantes en cuanto a diversidad, las especies de flagelados y algas filamentosas comprenden la mayor parte de la biomasa del acuatorio. Los estudios de caracterización fitoplanctónica en la Bahía de Santiago de Cuba no tienen precedente, por lo que sólo se pueden referir los realizados en la costa Norte, específicamente en las bahías de Vita y Jururú en Julio de 988, si bien los datos no son comparables, donde se cita la presencia común de Navicula spp., Nitzschia longissima (Brebission) Ralfs, Euglena spp. y fitoflagelados (Loza, 99). La composición de especies de una comunidad fitoplanctónica dada es función de varios factores ambientales, incluidos salinidad, nutrientes, turbidez, movimientos de las aguas y profundidad, lo que varía en las diferentes bahías mencionadas, e incluso en las estaciones de la Bahía de Santiago de Cuba. La concentración fitoplanctónica varía en las diferentes estaciones entre. y. x 7 cél. L - (Fig. 7); estos valores son significativamente superiores a los máximos encontrados en la Bahía de Vita, durante el invierno (,5 x 6 cél. L - ) (Loza, 99) y permite el establecimiento de al menos zonas principales por aproximación de valores a lo largo de la bahía; desde este punto de vista, aparentemente existe una coincidencia con las divisiones establecidas por la COMARNA, pero este no fue el único criterio para establecer las cuatro zonas (Fig. 8). Oxígeno disuelto (mg/l) Fig. 7. Variación de la concentración fitoplanctónica expresada en cél. L - x 7 (línea contínua) y de la concentración de oxígeno disuelto en mg L - (línea de puntos) en las diferentes estaciones de muestreo. Las líneas verticales discontinuas indican el límite de las cuatro zonas en las que queda dividida la Bahía de Santiago de Cuba. No. cél. L - x Estaciones de muestreo Fig. 8. Valores medios de concentración fitoplanctónica en las cuatro zonas establecidas en la Bahía de Santiago de Cuba. En la estación 5 (Fig. ) se registran los máximos valores (Fig. 7), mientras que a partir de la estación 8 y hasta la 5 se detecta una disminución drástica de la concentración fitoplanctónica. Se definen de esta forma: la Zona, que comprende las estaciones de muestreo desde la a la 6, la Zona (estaciones 7-7), ambas con máximos valores promedio de concentración fitoplanctónica, respecto al resto de las zonas; la Zona (estaciones 8-5), donde se detecta una disminución significativa del fitoplancton Concentración fitoplanctónica (cél. L - x 7 ) 95

6 Gómez et al.: Contaminación y biodiversidad en ecosistemas acuáticos. El fitoplancton de la Bahía de Santiago de Cuba correlacionada con elevadas concentraciones de nitrito (r =-.96), generalmente tóxico para muchas especies fitoplanctónicas y la Zona (estaciones 6-) (Fig. 5), menos afectada por la contaminación con nitrito, lo que puede explicarse considerando que es la zona de mayor intercambio de agua en la bahía. Los efluentes industriales son mezclas complejas de sustancias químicas, que al ser vertidas en cuerpos de agua generalmente causan disturbios a nivel de poblaciones y comunidades presentes en el ecosistema. La sensibilidad de especies fitoplanc-tónicas a efluentes industriales ha sido demostrada, constituyendo una herramienta útil para el monitoreo y control en los programas de reducción de toxicidad (Saenz et al., 998). La presencia de coliformes fecales en toda la bahía avala la mala calidad del agua del acuatorio (Fig. 9). Las zonas y son las más contaminadas, lo que se corresponde con la carga orgánica detectada en esta zona, mientras que en las zonas y la concentración de coliformes es menor; esto puede deberse a que en estas zonas la tasa de recambio hídrico es mayor. Por otra parte, la flora de coliformes fecales pudiera estar afectada por la concentración de nitrito. En la Zona se detecta una concentración mínima, aún cuando en esta zona vierte Cayo Granma, lo que sugiere que el intercambio de masa hídrica debe ser el primer atenuante. Todos los análisis se realizaron a partir de los indicadores de calidad para los cuerpos de agua marina de uso pesquero según la Norma Cubana vigente desde 985; asimismo los muestreos se realizaron según la Norma Internacional ISO Coliformes fecales ufc ml - > 5 5 Fig. 9. Variación de la concentración de coliformes fecales expresada en unidades formadoras de colonia (ufc) cada ml en las cuatro zonas de la Bahía de Santiago de Cuba. CONCLUSIONES Los resultados confirman el alto nivel de contaminación del acuatorio. La Bahía de Santiago de Cuba es receptora de aguas residuales urbanas y de vertimientos industriales directos que aportan una carga orgánica importante. Atendiendo a las características hidrogeográficas, concentración de focos contaminantes, características físico-química de las aguas y concentración fitoplanctónica pueden delimitarse cuatro zonas. La parte interior de la Bahía de Santiago de Cuba es la más contaminada debido a las características hidro-geográficas que determinan una lenta velocidad de recambio. Por otra parte, la temperatura y condiciones climáticas favorecen la evaporación, por lo que la salinidad en el acuatorio es relativamente alta. Por los resultados obtenidos el acuatorio puede clasificarse como eutrófico. La determinación de la concentración fitoplanctónica constituye una herramienta útil para evaluar el efecto antropogénico en sistemas acuáticos. El fitoplancton es sensible a altas concentraciones de nitrito por lo que su disminución es un indicador del aumento de las concentraciones de esta sustancia en el medio, incluso cuando éstas concentraciones no permiten clasificar la calidad del agua aún como mala, sino como dudosa. El nitrito puede clasificarse como un agente tóxico para el ecosistema con interacciones potenciales sobre la comunidad fitoplanctónica. El fitoplancton es sensible, además, al aumento de la concentración de nutrientes, por lo que la carga orgánica de la bahía tiene un impacto significativo sobre la comunidad fitoplanctónica. Este trabajo puede ser útil para estudios comparativos posteriores o estudios de evolución del ecosistema. De igual forma, la concentración fitoplanctónica constituiría una herramienta útil para el análisis y determinación de afecciones por contaminación industrial en la productividad primaria del ecosistema. De forma general, el estudio de la densidad de la comunidad fitoplanctónica es útil para monitoreos pasivos de evaluación de impacto 96

7 Rev. Invest. Mar. ():9-97, industrial en zonas costeras, por lo que diferentes especies de microalgas pueden ser utilizadas como biomonitores de contaminación. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue parte del proyecto Medio Ambiente Santiago financiado por la Unión de Empresas Geominera, S.A. Asimismo queremos agradecer a todas las instituciones que relizaron las coordinaciones necesarias para llevar a cabo esta investigación, especialmente a la Oficina de Inspección Pesquera de Santiago de Cuba, Capitanía del Puerto y la Unidad de Tropas Guardafronteras. De forma muy especial el equipo de investigación agradece la colaboración de Manuel (Manolito), pescador de la bahía de Santiago de Cuba, quien sirvió de guía y ofreció su embarcación para el desarrollo de esta investigación. REFERENCIAS COMARNA (98): Informe técnico. (Datos no publicados) Cruz, A. de la (98): El muestreo integrado y el conteo inmediato de fitoplancton en ecosistemas limitados. Rev. Invest. Mar. 5 (): 5-. Univ. de la Habana. Fargašová, A. (997): Comparative study of ecotoxicological effect of triorgatonin compounds on various biological subjects. Ecotoxicol & Environm. Saft. (6): 8-. Loza, Alvarez, S. (99): El nanofitoplancton de las bahías de Vita y Jururú, Cuba. Ciencias Biológicas. (7): 9-6. Norma Cubana NC: XX--- (885): Indicadores de calidad para los cuerpos de agua marina de uso pesquero. pp. Norma Internacional ISO Calidad de agua. Muestreo. Parte 9: Muestreo de aguas marinas. pp. Sáenz, M., W. Di Marzio, M.C. Tortorelli y J. Alberdi (998): Toxicidad de efluentes industriales sobre microalgas. Argentina, ra Reunión de la SETAC AL., Resúmenes, Argentina, 9 pp. Visviki, I. and J.M. Rachlin (99): The toxic action and interactions of cooper and cadmium to the marine alga Dunaliella minuta, in both acute and chronic exposure. Arch. Environm. Contamin. Toxicol. : Aceptado: de febrero del 97