INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DEL AGUA

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1 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECONOLGÍA PROGRAMA DE MAESTRIA EN INGENIERÍA AMBIENTAL INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DEL AGUA Docente: MSc. OMAR ARCE Alumnos: Ruth Clara Herbas Antezana Francis Rivero Ostoic Ariel Gonzales Ramos Cochabamba, 31 de Octubre 2006

2 I. INTRODUCCION La calidad del agua, al igual que la belleza, son términos difíciles de definir, imposibles de medir en términos absolutos, y como un concepto abstracto, es muy subjetivo. Se han hecho muchos intentos para inferir clasificaciones descriptivas de calidad de agua pero la inherente simpleza de esta aproximación puede ilustrarse considerando como ejemplo el agua destilada. Es de alta o baja calidad? Instintivamente una posible respuesta seria alta puesto que claramente no contiene tóxicos ni contaminantes. Pero lo que es excelente para calderos industriales o lavanderías, puede no ser adecuado para consumo humano o pesqueras y las sustancias disueltas que son indeseables para ciertos proyectos comerciales son esenciales para los organismos acuáticos, el ser humano y su ganado. A la inversa, el agua podría contener compuestos tóxicos, los cuales tienen pocas consecuencias en procesos industriales (Hellawell, 1978). Alba-Tercedor, (1996), también indica que el termino calidad referido a las aguas continentales, no es un concepto absoluto ni de fácil definición. Por el contrario es un concepto relativo que depende del destino final del recurso. De modo que, y a titulo de ejemplo, mientras que las aguas fecales en ningún caso podríamos considerarlas de calidad apropiada para la bebida, por los problemas sanitarios que conllevaría su uso. Sin embargo, por su alto contenido de materia orgánica podrían resultar excelentes para el riego de plantas ornamentales, o de plantaciones forestales. Del mismo modo, aguas de alta montaña, que intuitivamente podríamos asociarla con pureza y buena calidad, podrían resultar poco apropiadas para la bebida al calmar escasamente la sed (por su bajo contenido en sales) y por su bajo ph que le confiere un carácter corrosivo del esmalte dental. Los ecosistemas acuáticos mantienen una gran diversidad de organismos, incluso mayor a los terrestres, por lo que los impactos como la contaminación inducen a cambios en la estructura de las comunidades, la función biológica de los sistemas acuáticos y al propio organismo, afectando su ciclo de vida, crecimiento y su condición reproductiva (Bartram y Ballance, 1996). Por este motivo, algunos organismos pueden proporcionar información de cambios físicos y químicos en el agua, ya que a lo largo del tiempo revelan modificaciones en la composición de la comunidad (Laws, 1981 in Vázquez, et al) El uso de bioindicadores se esta proponiendo como una nueva herramienta para conocer la calidad del agua, esto no quiere decir que desplace al método tradicional de los análisis fisicoquímicos. Su uso simplifica en gran medida las actividades de campo y laboratorio, ya que su aplicación solo requiere de la identificación y cuantificación de los organismos basándose en índices de diversidad ajustados a intervalos que califican la calidad del agua. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 2

3 II. OBJETIVOS Objetivo general Describir los indicadores biológicos de calidad de agua Objetivos específicos Describir los principales indicadores biológicos Describir la importancia y el uso de los indicadores biológicos Describir los métodos de evaluación de calidad de aguas a través de bioindicadores III. REVISION BIBLIOGRAFICA CONCEPTO DE INDICADOR BIOLOGICO En general, todo organismo es indicador de las condiciones del medio en que se desarrolla, ya que de cualquier forma su existencia en un espacio y momentos determinados responden a su capacidad de adaptarse a los distintos factores ambientales. Sin embargo, en términos más estrictos, un indicador biológico acuático se ha considerado como aquel cuya presencia y abundancia señalan algún proceso o estado del sistema en el cual habita. Los indicadores biológicos se han asociado directamente con la calidad del agua más que con procesos ecológicos o con su distribución geográfica. Es pertinente aclarar que más que a un organismo, el indicador biológico se refiere a la población de individuos de la especie indicadora, y en el mejor de los casos al conjunto de especies que conforman una comunidad indicadora. El concepto de organismo indicador se refiere a especies seleccionadas por su sensibilidad o tolerancia (normalmente es la sensibilidad) a varios parámetros. Usualmente los biólogos emplean bioindicadores de contaminación debido a su especifidad y fácil monitoreo (Washington, 1984). Odum (1972 in Vázquez, et al), define a los organismos indicadores como la presencia de una especie en particular, que demuestra la existencia de ciertas condiciones en el medio, mientras que su ausencia es la consecuencia de la alteración de tales condiciones. PRINCIPIOS DE LA BIOINDICACION Un contaminante o cualquier otro evento particular que perturbe las condiciones iniciales de un sistema acuático provocaran una serie de cambios en los organismos, cuya magnitud dependerá del tiempo que dure la perturbación, su intensidad y su naturaleza. La acción puede ser indirecta (cambios en el medio) o directa (ingestión o impregnación). Los efectos sobre la fauna acuática cuando es sometida a la descarga de una sustancia tóxica; a medida que INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 3

4 transcurre el tiempo se pasa de respuestas individuales (bioquímicas y fisiológicas) a respuestas poblacionales, comunitarias y ecosistemicas. Entonces un indicador biológico será aquel que logre soportar los efectos ocasionados por el elemento perturbante, es decir, que muestre algún tipo de respuesta compensatoria o tolerante. Estas respuestas significan para la especie mantener el funcionamiento normal a expensas de un gran gasto metabólico. IMPORTANCIA DE LOS INDICADORES BIOLOGICOS El uso de especies para detectar procesos y factores en los ecosistemas acuáticos tiene varias ventajas: Las poblaciones de animales y plantas acumulan información que los análisis fisicoquímicos no detectan, es decir, las especies y comunidades bióticas responden a efectos acumuladores intermitentes que en determinado momento un muestreo de variables químicas o físicas pasan por alto. La vigilancia biológica evita la determinación regular de un número excesivo de parámetros químicos y físicos, ya que en los organismos se sintetizan o confluyen muchas de estas variables. Los indicadores biológicos permiten detectar la aparición de elementos contaminantes nuevos o insospechados. Puesto que muchas sustancias se acumulan en el cuerpo de ciertos organismos, su concentración en esos indicadores puede reflejar el nivel de contaminación ambiental. Como no es posible tomar muestras de toda la biota acuática, la selección de algunas pocas especies indicadoras simplifica y reduce los costos de la valoración sobre el estado del ecosistema, a la vez que se obtiene solo la información pertinente, desechando un cúmulo de datos difícil de manejar e interpretar. UTILIDAD DE LOS BIOINDICADORES El principal uso que se le ha dado a los indicadores biológicos ha sido la detección de sustancias contaminantes, ya sean estos metales pesados, materia orgánica, nutrientes (eutrofización), o elementos tóxicos como hidrocarburos, pesticidas, ácidos, bases y gases con miras a establecer la calidad del agua. En adición a esta utilización primordial, existen otra serie de fenómenos que no son de origen cultural y que se pueden determinar mediante bioindicadores como son por ejemplo: Saturación de oxigeno Condiciones de anoxia Condiciones de ph Estratificación térmica y de oxigeno en la columna de agua Turbulencia del agua INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 4

5 Torrencialidad Proceso de mezcla entre el hipolimnio y el epilimnio en cuerpos lenticos Eutrofización natural Grado de mineralización del agua Presencia de determinados elementos como hierro, sílice y calcio Fenómenos de sedimentación (Pinilla) SELECCIÓN DE BIOINDICADORES Antes de seleccionar bioindicadores, se debe definir que factor ambiental o para que tipo de contaminación se quiere un indicador empleando organismos acuáticos. Casi cualquier especie puede ser indicador de algo, pero puesto que el conocimiento de la auto ecología de la mayoría de las especies es mínimo, y si no fuera ese el caso, los recursos son limitados, entonces se debe seleccionar a aquellos organismos potencialmente más útiles para el problema particular a resolver. Al seleccionar indicadores de protección ambiental los siguientes atributos son particularmente deseables. Un indicador ideal debería, por supuesto, sin ambigüedades indicar parámetros ambientales mediante su presencia muy estrechamente definida. Este ideal raramente se realiza, pero los buenos indicadores ambientales: a) Son fácilmente identificados, incertidumbres taxonómicas pueden confundir la interpretación de los datos. b) Pueden ser fácilmente muestreados, esto es, sin necesidad de varios operarios o equipos costosos, y cuantitativamente; c) Tener distribución cosmopolita, la ausencia de especies con requerimientos ecológicos muy estrechos y distribución limitada puede no estar asociado a la polución, etc.; d) Deben estar asociados a abundantes datos auto ecológicos, esto es de considerable ayuda en el análisis de resultados de estudios y legados de polución o índices bióticos; e) Deben tener importancia económica como recurso o perjuicio o peste: especies económicamente importantes (peces) o son perjudiciales (algunas algas) tienen interés intrínseco; f) Deben fácilmente acumular poluentes, especialmente para reflejar niveles ambientales puesto que esto facilita la comprensión de su distribución en relación al nivel de poluentes; g) Deben ser fácilmente cultivables en laboratorio, lo cual también ayuda en estudios experimentales relacionados de sus respuestas a poluentes y observaciones de campo; h) Deben tener baja variabilidad, tanto genética como en su rol (nicho) en la comunidad biológica (Hellawell, 1986) ORGANISMOS BIOINDICADORES INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 5

6 Los organismos o grupos de organismos mas utilizados como indicadores de contaminación son: 1. BACTERIAS En las aguas destinadas al consumo domestico, uno de los factores mas importantes a tener en cuenta es su estado sanitario, reflejado en los organismos que contiene. En este caso es necesario utilizar índices bacteriológicos que consideran la proporción de organismos indicadores de contaminación fecal presentes en las aguas a través de conteos directo de las poblaciones de coliformes (especialmente Escherichia coli ) y de estreptococos, y a veces también de otras especies de virus, sulfabacterias, ferrobacterias. Debido a la gran importancia de estos índices bacteriológicos en cuanto a la sanidad publica y a la dispersión de enfermedades provocadas por aguas, las técnicas de aislamiento e investigación de bacterias fecales están muy desarrolladas y existen métodos automáticos de conteo celular. Uno de los mayores problemas empleando índices bacteriológicos es el tiempo que necesitan para obtener resultados, puede tardar varios días y hasta una semana o mas antes de obtener los grupos de organismos buscados, asimismo los resultados son difíciles de interpretar, claro esta que las células que crecen en cultivos son resistentes, pero la pregunta radica en si estas células fueron activas en el momento del muestreo. Similar problema existe cuando se emplean conteos directos del número de células bacterianas ya que es difícil y solo posible con técnicas avanzadas y costosas para distinguir entre células bacterianas viables o inviables o partículas del mismo tamaño. 2. PROTOZOOS Al igual que las bacterias, la obtención de muestras es relativamente fácil y su respuesta a enriquecimiento orgánico es bien conocida. Existe abundante literatura sobre la posición de estos organismos en el sistema saprobio, pero la desventaja es que se necesita mucha experiencia en la identificación taxonómica, también existen dificultades de flotación y hay grandes diferencias en la composición de sus comunidades en microhabitats, eso quiere decir que es difícil obtener muestras representativas. El uso de substratos artificiales puede ayudar a resolver estos problemas pero pueden crear otros problemas como la interpretación de los datos en el contexto ambiental, ya que la composición de los substratos puede ser diferente a la del sitio de muestreo. 3. FITOPLANCTON La importancia de emplear algas como indicadores biológicos se debe a su relación con la eutrofización. En aguas libres, como de lagos, es el único grupo INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 6

7 de organismos que se puede utilizar par investigar el enriquecimiento orgánico. La toma de muestras es fácil, pero la obtención de muestras cuantitativas es difícil especialmente para formas que estén atadas. La tolerancia de las algas a la contaminación orgánica es muy conocida, sin embargo no son útiles como indicadores de contaminación por biocidas o por metales pesados. Existen muchos ejemplos de algas microscópicas para inferir sobre la calidad de los ambientes acuáticos, estas permiten conocer las fluctuaciones en las masas de agua, lo que ha permitido trascender en la caracterización de especies tolerantes o afines a la materia orgánica y en su capacidad de descomponerla. (Luján, 2000) Una de las características más importantes de las algas es su capacidad depuradora del medio ambiente, ya que a través del proceso de fotosíntesis incorporan oxígeno, contribuyendo de esta manera a la oxidación de la materia orgánica, por una lado y por el otro a aumentar el oxigeno disuelto en el agua, el cual será utilizado por las otras comunidades u organismos que componen la flora y fauna del medio acuático donde viven. De las microalgas, las diatomeas son preferidas para los monitoreos debido a que es el grupo autotrófico dominante además de que su identificación es simple. Las ventajas de su uso es que son cosmopolitas, algunas especies son muy sensibles a cambios ambientales, mientras que otras muy tolerantes, algunas son muy sensibles a cambios ambientales por periodos muy largos, el muestreo es sencillo y rápido, pueden cultivarse para estudiarlas en diseños experimentales (Toro et al., 2003) 4. MACROFITAS Las macrófitas comprenden a todas las plantas acuáticas pluricelulares, incluyen a musgos, hepáticas y fanerógamas, son componentes naturales de la mayoría de los ecosistemas acuáticos. Las ventajas del uso de macro fiítas como indicadoras radican en que son estacionarias y su recolección es fácil debido a su tamaño y ubicación en el cuerpo de agua (orillas). El muestreo cualitativo de estos organismos incluye INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 7

8 una observación visual y recolección de los tipos más representativos del área de estudio. La comunidad de macrofitas tienen influencia del clima, la geología y el tipo de substrato. 5. PECES Este grupo es el único que es monitoreado fácilmente por el público o grupos interesados como los pescadores. Al ser el ápice de la cadena alimentaría, los peces reflejan efectos de contaminación directa e indirecta, esta ultima por alimentarse de otros peces contaminados. Sin embargo. Los peces tienen una gran movilidad dentro del ambiente acuático y pueden escapar de la contaminación y volver cuando las condiciones hayan mejorado. El primer sistema multimétrico para conocer la calidad del agua fue desarrollado para aplicarse en peces y se usó como un modelo para utilizarlo en otros organismos como los macroinvertebrados (Fore et al., 1996). Los peces han sido ampliamente utilizados para evaluar la integridad biótica en arroyos y ríos. En general, los peces son considerados buenos indicadores de la calidad del medio, por lo que una gran diversidad y abundancia de peces en ríos, lagos y mares indican que es un ambiente sano para todas las demás formas de vida. Por el contrario una elevada mortandad o un porcentaje alto de peces enfermos podrían ser causados directa o indirectamente por niveles considerables de contaminantes (Huidobro, 2000, in Vasquez et al). Para considerar a un organismo como indicador biológico, es recomendable que presente las siguientes características: Que sea un organismo relativamente fácil de capturar e identificar. Que se disponga de una amplia información sobre las historias de vida de las especies. Este grupo muestra ciertas ventajas como herramienta para determinar la calidad del agua: Las comunidades generalmente comprenden una amplia variedad de especies que representan diferentes niveles troficos, incluyendo especies que consumen alimentos tanto de origen acuático como terrestre. Los peces son los organismos mejor conocidos de habitats acuáticos Están presentes en los pequeños cuerpos de agua y aun en aquellos ecosistemas con ciertos niveles de contaminación. La presencia de peces carnívoros es otro parámetro indicador de la calidad de un ambiente. Poblaciones viables y saludables de estas especies indican una comunidad saludable y diversificada; a medida que la calidad del agua declina, las poblaciones de peces carnívoros disminuyen o desaparecen. Una INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 8

9 proporción mayor de 5% de estos individuos indica ecosistemas saludables; mientras que muestras con menos de 1% de estos organismos indican condiciones de mala salud del ecosistema (Velazquez y Vega, 2004, in Vasquez, et al). Las metodologías de muestreo son muy avanzadas comparadas con la de otros grupos de organismos y existe una amplia información sobre el tema. Los métodos basados en la extracción directa de los peces que viven en una zona intermedia son quizás los más usados en el estudio de los peces de aguas continentales. En ellos pueden emplearse redes de mano, de formas y tamaños diversos así como también equipos de pesca eléctrica. (Bervoets, 1996) La mayor desventaja de emplear peces como indicadores biológicos es que se necesita mucha mano de obra, además de la dificultad de tomar muestras cuantitativas en aguas con altas velocidades y profundas. 6. MACROINVERTEBRADOS Los macro invertebrados comprenden a los animales que en sus últimos estadios larvarios alcanzan un tamaño igual o mayor a 1mm. Pertenecen a los siguientes taxa: Insecta, mollusca, oligochaeta, hirudinae y crustácea principalmente. Algunas desarrollan toda su vida en el medio acuático (oligochaeta y mollusca), otros, por el contrario, tienen una fase de su ciclo aéreo. Cualquier tipo de substrato puede constituirse en hábitat adecuado para estos organismos incluyendo grava, piedra, arena, fango, detritus, plantas vasculares, algas filamentosas, troncos, etc. A consecuencia de su enorme diversidad es probable que algunos de ellos respondan a cualquier tipo de contaminación. TAXA RECOMENDADOS COMO INDICADORES Metcalfe (1994) in Moya (2006) indica que el uso de comunidades de macro invertebrados bentónicos muestra una clara preferencia en evaluaciones de salubridad de los ríos, este autor, resume cinco principales razones por los cuales los macroinvertebrados tienen alta preferencia. Las comunidades de macroinvertebrados acuáticos son sensibles a varios tipos de poluentes, a los que responden de manera rápida. La comunidad de macroinvertebrados acuáticos ocupan varios habitats acuáticos y son relativamente fáciles y poco costosos de colectar Los macroinvertebrados son sedentarios, por ello son representativos de las condiciones locales. Tienen ciclos de vida lo suficientemente prolongados como para permitir un registro adecuado de calidad ambiental. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 9

10 Son muy heterogéneos, están representados por numerosos taxa y grupos tráficos, con alta probabilidad de que al menos algunos de estos organismos reaccionen a un cambio particular de condición ambiental. El uso de estas comunidades también presenta algunas desventajas: Los muestreos cuantitativos requieren de un gran número de réplicas, lo que puede resultar en problemas de costos y tiempo (gran esfuerzo de trabajo de laboratorio). Pueden existir otros factores independientes a la calidad del agua que afectan la distribución y abundancia (ejemplo perturbaciones por cambios de caudales manejados artificialmente, catástrofes naturales por inundación, etc.) Las variaciones estacionales pueden complicar las interpretaciones o comparaciones. La disposición de algunos invertebrados a derivar les proporciona algunas ventajas sobre aquellos menos móviles. Ciertos grupos no son bien conocidos taxonomicamente por carencia de especialistas locales. Los macroinvertebrados bentónicos no son siempre sensibles a ciertas perturbaciones como patógenos humanos y cantidades traza de algunos contaminantes (Figueroa, 2004) METODOS BIOLOGICOS DE EVALUACION DE CALIDAD DEL AGUA Aun cuando la contaminación del agua es ante todo un problema biológico, muchos países han dependido esencialmente de parámetros físico-químicos para evaluar la calidad del agua. Para ello, se han desarrollado numerosos métodos e índices que tratan de interpretar la situación real, o grado de alteración de los sistemas acuáticos. Unos se basan exclusivamente en análisis de las condiciones químicas, que si bien en principio son de una gran precisión, son testigos, de las condiciones instantáneas de las aguas, y los efectos de los contaminantes se detectan si son dispuestos en el momento. Es decir, los resultados son puntuales en la dimensión cronológica y no revelan mucho de la evolución de una carga contaminante y la capacidad resiliente y amortiguadora de los ecosistemas acuáticos. (Toro, et. al. 2003) Los llamados índices biológicos informan de la situación tanto momentánea como de lo acontecido algún tiempo antes de la toma de muestras, es decir, es como tener información del presente y pasado de lo que esta sucediendo en las aguas (Alba-Tercedor, 1988). Tomando en cuenta a los organismos como indicadores de contaminación o polución se pueden distinguir algunos métodos biológicos para evaluar la calidad del agua, estos son: INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 10

11 a) Métodos ecológicos b) Métodos fisiológicos y bioquímicos c) Bioacumulación a) METODOS ECOLOGICOS Se esta intentando establecer criterios de calidad ecológica, es decir que se pretende atender no a la cantidad del flujo vertido, sino a sus efectos sobre el ecosistema. Y desde este punto de vista, los índices de calidad biológica aparecen como una herramienta de primera magnitud (Alba-Tercedor, 1996). Son pocos los métodos que analizan la calidad del agua mediante la presencia o ausencia de especies individuales, en la mayoría de los casos se toma en cuenta la composición de toda la comunidad acuática o de un grupo taxonómico determinado como por ejemplo los macroinvertebrados. Se entiende por comunidad biológica al conjunto de especies que conforman un hábitat o ecosistema. La diversidad de una comunidad esta en función del numero de especies e individuos por especie. A menudo, la distribución de los individuos dentro las especies sigue un patrón definido que consiste en que pocas especies están representados por muchos individuos mientras que muchas especies están representados por pocos individuos y algunas especies son raras; se ha observado este patrón en muchas comunidades naturales. Se han propuesto modelos matemáticos que describen esta estructura y muchos autores indican que estas comunidades siguen una distribución lognormal (Hellawell, 1986). A través de estos modelos matemáticos, se pueden hacer comparaciones entre ambientes contaminados y no contaminados. Cuando la comunidad sufre estrés la abundancia de las especies raras baja, y el de las especies resistentes aumenta, también se puede ver que algunas especies desaparecen. Un problema frecuente en los estudios sobre calidad de las aguas consiste en condensar todos los datos de campo disponibles y presentarlos de forma clara y concisa, de manera que sean manejables e interpretables, para ello se emplean índices que relacionan los datos y simplifican su significado, traduciendo la información contenida en la lista de las especies presentes en valores que indican el orden o grupo que ocupan las muestras dentro de una escala establecida. Estos valores son fácilmente graficables y pueden ser manejados por personas no expertas en el campo de la biología (Goitia) El análisis de las comunidades requiere utilizar expresiones matemáticas sencillas empleando para ello datos taxonómicos y de tolerancia, en general se utilizan tres tipos de índices: índices de diversidad, índices saprobicos e índices bióticos. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 11

12 Índices de diversidad.- Los índices de diversidad son expresiones matemáticas que usan tres componentes de la estructura de la comunidad: riqueza (numero de especies presentes), equitatividad (uniformidad en la distribución de los individuos entre las especies) y abundancia (numero total de organismos presentes), para describir la respuesta de una comunidad a la calidad de su ambiente. La suposición del planteamiento de la diversidad es que los ambientes no alterados se caracterizan por tener una alta diversidad o riqueza, una distribución uniforme de individuos entre las especies y una moderada a alta cantidad de individuos. En ambientes contaminados con desechos orgánicos degradables, la comunidad generalmente responde con un descenso de la diversidad con perdida de organismos sensibles, aumento en la abundancia de los organismos tolerantes las cuales ahora tienen una fuente enriquecida de alimentos, y por supuesto un descenso de la equitatividad. En contraste, la respuesta a tóxicos no degradables o polución acida, se traduce en un descenso tanto de la diversidad como de la abundancia así como en la eliminación de organismos sensibles, además que no hay fuentes adicionales de alimento para las formas tolerantes (Metcalfe, 1989) Los índices de diversidad mas utilizados para medir la calidad del agua son: 1. Índice de Shannon-Wiener, cuya expresión es: 2. Índice de Simpson 3. Índice de Margalef D= - (Ni/N) log e (Ni/N) D= 1-Ni*(Ni-1) N(N-1) D= S - 1 Log en Donde: D: Valor de la diversidad N: Número de individuos de la muestra Ni: Número de individuos de la especies S: Número de especies Los índices de diversidad tienen las siguientes ventajas: INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 12

13 1. Son estrictamente cuantitativos, adimensionales y se prestan para análisis estadísticos 2. La mayoría son relativamente independientes del tamaño de la muestra 3. A diferencia del índice saprobico, no se asume la relativa tolerancia de especies individuales, las cuales pueden ser muy subjetivas 4. Pueden aplicarse a medidas de biomasa las cuales son menos laboriosas que los conteos individuales. Por otro lado, se han hecho las siguientes críticas en contra del uso de los índices de diversidad: 1. Los valores varían considerablemente dependiendo de la ecuación que se usa para su calculo, del método de toma de muestras, la amplitud de la identificación (la diversidad especifica es mayor a la diversidad genética) y la ubicación y naturaleza del ambiente estudiado. 2. Las escalas no son universalmente aplicables. Por ejemplo no todas las comunidades pristinas tienen alta diversidad, por lo tanto no es posible correlacionar ciertos valores con daños ecológicos. 3. En el calculo del índice de diversidad, las especies individuales se reducen a números anónimos la cual ignora su tolerancia a la polución. Es importante conocer cuales especies están presentes así como cuantos. Los valores del índice de diversidad no pueden decirnos si la comunidad esta compuesta por especies tolerantes o intolerantes 4. La respuesta de una comunidad al incremento de la polución no necesariamente es lineal, es mas, existe evidencias de que una polución moderada puede causar un incremento en la abundancia sin exclusiones de especies. 5. Los índices de diversidad generalmente se han aplicado a escalas de polución extremas como pristinos vs rio abajo de un efluente. Índices saprobicos.- El termino saprobia significa la dependencia de un organismo sobre las sustancias orgánicas descompuestas como fuente de alimento. Este índice parte del hecho de que algunos organismos (protozoos, bacterias, hongos y algas) desarrollan preferentemente en aguas con presencia de mucha materia orgánica. Este sistema fue propuesto por Kolkwitz y Marsson en 1909, constituyéndose en el primer intento para establecer un índice biológico que refleje los distintos estados de deterioro y progresiva recuperación de las comunidades de organismos como respuesta al efecto del enriquecimiento orgánico de las aguas producido por un vertido de esta naturaleza. El índice saprobico esta basado en la presencia de especies indicadoras que reciben un valor saprobico dependiente de su tolerancia frente a la polución; estos valores varían de 0 a 8 o sea de menor a mayor tolerancia. Conforme a este sistema la calidad del agua se distingue en 10 niveles basados en parámetros relacionados a la polución orgánica como el DBO, OD y H 2 S. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 13

14 Cuadro Nº1. Calidad del agua según el sistema de saprobiedad (Verbotes, 1996) NIVEL S DESCRIPCION Catarobica -1 Aguas puras de ríos de montaña, agua potable Xenosaprobica 0 Aguas no contaminadas Oligosaprobica 1 Aguas poco contaminadas β-mesosaprobica 2 Aguas medianamente contaminadas α-mesosaprobica 3 Aguas muy contaminadas Polisaprobica 4 Aguas fuertemente contaminadas Isosaprobica 5 Aguas de alcantarilla, dominio de ciliados Metasaprobica 6 Pozos sépticos, zona de H 2 S, dominio de flagelados Hipersaprobica 7 Aguas industriales, descomposición fuerte, bacterias Ultrasaprobica 8 Aguas abióticas no toxicas Las desventajas de este índice es que: 1. La taxonomía de algunos microorganismos es poco conocida 2. Los limites de tolerancia a la contaminación son muy subjetivos 3. Las listas de las especies no son aplicables a otras regiones geográficas 4. No es aplicable a otro tipo de contaminación 5. El sistema no da información sobre la estructura de las comunidades (Verbotes, 1996). Índices bióticos.- Tomando en cuenta las desventajas de los otros índices, cabe pensar que el mejor método práctico para la determinación de la calidad biológica de un sistema acuático seria aquel que a partir de una muestra lo mas completa posible, asocie datos cualitativos y cuantitativos. Así pues, un índice biótico será una combinación de la diversidad de ciertos grupos taxonómicos y la tolerancia a la polución en un solo índice o valor (Goitia) Los índices bióticos clasifican el grado de polución de un ecosistema acuático mediante la tolerancia o sensibilidad de un organismo a un determinado contaminante; a los indicadores de una muestra se les asigna un valor de acuerdo a la tolerancia e intolerancia (algunos índices también le dan valor a la abundancia), la suma de los valores individuales da otro valor que es la clase a la que pertenece el lugar muestreado. Muchos autores han desarrollado diferentes índices especialmente en Europa, pero para regiones especificas aunque algunos de ellos han sido modificados para aplicarlos en otras regiones. TRENT BIOTIC INDEX Inglaterra 1964 INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 14

15 EXTENDED BIOTIC INDEX Reino Unido INDICE BIOTIQUE Francia INDICE BIOLOGIQUE DE QUALITE GENERALE CHANDLER S SCORE Escocia Francia BELGIAN BIOTIC INDEX Bélgica 1983 INDICE BIOLOGIQUE GLOBAL BIOLOGICAL MONITORING WORKING PARTY SCORE Francia Reino Unido MODIFIED BMWP SCORE Reino Unido 1979 La diferencia entre índice y score es que este último considera a la abundancia. Los sistemas score demandan más esfuerzo y no son prácticos en su uso, pero proveen más información. Red de Control Biológico: Existen diferentes índices biológicos, que no son sino extrapolaciones a una escala numérica de la información obtenida en base a este estudio de la composición y dominancia de especies. El índice IBMWP (Iberian Biological Monitoring Working Party, está basado en la identificación de familias de macroinvertebrados bénticos (que habitan el bentos o lecho del río). En este grupo se incluyen aquellos organismos que en sus últimos estados larvarios alcanzan un tamaño igual o superior a 3 mm y que pertenecen a los siguientes taxones: * Insecta (Plecoptera, Ephemeroptera, Trichoptera, Coleoptera, Megaloptera,Heteroptera, Odonata y Diptera) * Crustacea (Amphipoda, Isopoda y Decapoda) * Aracnida (Hydracarina) * Mollusca (Gastropoda y Bivalvia) A cada una de estas familias se les da un valor comprendido entre 1 y 10. El valor de 1 comprende a familias que tienen sus hábitats en aguas muy INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 15

16 contaminadas y el valor de 10 a familias que no toleran la contaminación. La suma de los valores obtenidos para cada familia en un punto nos dará el grado de contaminación del punto estudiado. Los criterios de calidades que se siguen para valorar el resultado numérico obtenido para el índice se resumen en la tabla siguiente: Escala Índice IBMWP Clase de Calidad Puntuación Índice BMWP Muy buena > 150 Buena Aceptable Deficiente Mala < 36 Macroinvertebrados indicadores Helobdella stagnalis es un anélido hirudíneo que puede tolerar aguas contaminadas por plaguicidas. El megalóptero Corydalus sp. no tolera ningúun tipo de contaminación, se encuentra en aguas con buena oxigenación. Thiara tuberculata es un organismo que se considera comocontaminante biológico porque desplaza de su hábitata otras especies de gasterópodos nativos Molusco de agua dulce Planorbella trivolvis es un indicador de aguas contaminadas por desechos industriales o domésticos. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 16

17 El díptero Limnophora sp. es un organismo que tolera lacontaminación orgánica. Simulium sp. es un díptero de hábitos filtradores intolerantea la contaminación. B) METODOS FISIOLOGICOS Y BIOQUIMICOS Son métodos basados en respuestas fisiológicas o bioquímicas de los organismos a un determinado ambiente. Los más usados son: Producción y consumo de oxigeno por las comunidades naturales existentes en el cuerpo de agua. Respiración y crecimiento de organismos suspendidos en el agua. Estudios sobre efectos de las enzimas. Evaluación de los efectos tóxicos o benéficos de muestras sobre organismos en condiciones definidas de laboratorio (eco toxicidad o bioensayos). Evaluación de los efectos de las aguas y efluentes sobre organismos definidos. Análisis de la clorofila por métodos colorimetritos o espectro fotométricos Los indicadores bioquímicos de estrés ambiental en macroinvertebrados bentónicos caen en las siguientes categorías: a) metabolismo energético, b) actividades enzimáticas, c) contenido de ARN, ADN, aminoácidos y proteínas, y d) regulación de iones. La mayoría de los estudios se han realizado en la regulación de iones en los macroinvertebrados, especialmente en lo que concierne al estrés acido, así, en el cangrejo de rió las concentraciones de Na + y Cl - en la hemolinfa decrece en respuesta al estrés acido, mientras que las concentraciones de Ca ++ se incrementan, una similar respuesta se ha observado en bivalvos. Desde el punto de vista fisiológico, el metabolismo respiratorio, como un integrador de todas las funciones fisiológicas, es el que ha recibido mayor atención; se han realizado estudios en laboratorio con el fin de medir los efectos de sustancias toxicas en la respiración, pero no se tienen relaciones con mediciones en condiciones naturales. Pruebas de toxicidad nos dan la concentración media letal de ciertos tóxicos sobre los organismos y el limite medio de tolerancia de una especie puede determinarse en función de la letalidad o de otra manifestación de sensibilidad al toxico, y son útiles en mecanismos de advertencia temprana para las plantas de abastecimiento de agua potable o para salvaguardar los ecosistemas, los INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 17

18 organismos mas usados para estas medidas son los peces, almejas y el cladocero Daphnia. Los métodos fisiológicos y bioquímicos han sido experimentados en laboratorio mediante bioensayos y muy poco se los ha relacionado con experiencias en la naturaleza, por lo que es necesario hacer comprobaciones en el ambiente natural para verificar las respuestas obtenidas en el laboratorio. Con esta última finalidad son más informativas las observaciones de carácter sinecologico realizadas en el campo (Goitia) C) BIOACUMULACION El termino indicador bioacumulativo se usa para enfatizar la diferencia entre un indicador ecológico y un indicador de polución, la presencia o ausencia de quienes dan una indicación del hábitat o calidad ambiental, y aquellos organismos que acumulan contaminantes de sus alrededores o a través de sus alimentos o ambos, los almacenan en sus cuerpos, de manera que cuando los tejidos se analizan, se puede estimar las concentraciones de esas substancias en el ambiente (Hellawell, 1986). El uso de indicadores bioacumulativos tiene mayor ventaja sobre el análisis directo de los contaminantes en el agua o el sedimento. Podría facilitar el análisis del contaminante cuando las concentraciones en el agua o los sedimentos son muy bajos para poder realizar un análisis directo, así mismo el contaminante se encuentra biodisponible en el tiempo y por lo tanto provee una medida de la disponibilidad del contaminante. Los estudios sobre esta forma de bioindicación pueden realizarse basándose en: Bioacumulación de sustancia en los tejidos de los organismos que viven en el ambiente (monitoreo pasivo). Bioacumulación de sustancias en los tejidos de los organismos deliberadamente expuestos al ambiente (monitoreo activo). Observación de cambios histológicos y morfológicos. Pruebas de desarrollo embriológico de etapas iniciales de vida. Hellawell, (1986), indica que los atributos deseables de un bioindicador acumulador ideal son los siguientes: Todos los individuos de una especie indicadora deben tener la misma correlación entre la concentración del contaminante en sus tejidos y el promedio de esta concentración en el ambiente, en todos los lugares y bajo todas las condiciones. La especie no debe morir al verse sometido a varios niveles de contaminación que se encuentra en el ambiente. INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 18

19 El organismo debe ser sedentario para asegurar que este relacionada al área de estudio. La especie tiene que ser abundante en todos los lugares y es necesario que tenga una amplia distribución, para hacer comparaciones entre áreas. Se prefiere especies de ciclo de vida largo Tiene que ser bastante grande para suministrar suficiente tejido para el análisis. La especie debe ser de fácil obtención y tiene que ser bastante robusta para sobrevivir bajo condiciones de laboratorio y para evacuar el contenido del estomago. En general, no existen especies que cumplan a cabalidad con todas estas características, pero si algunas poseen al menos dos o mas de ellas. Existen varios factores que afectan la eficacia del indicador, estas son: Velocidades de acumulación y excreción. Condiciones fisiológicas de la especie. Edad y tamaño de los indicadores. Interferencia entre sustancias. Factores ambientales. La utilización de indicadores bioacumulativos en monitoreos ambientales de aguas continentales generalmente se hace a través del uso de las macrófitas en estudios de contaminación con metales pesados y del análisis de peces para residuos de pesticidas organoclorados. IV. CONCLUSIONES De acuerdo a los objetivos trazados para la búsqueda de información respecto de los indicadores biológicos de la calidad de agua, se ha podido identificar y describir los principales grupos de organismos indicadores de la calidad de agua, a su vez se pudo conocer la importancia del uso de estos indicadores para beneficio humano, en el cual pudimos percibir que los macroinvertebrados son los mas recomendados por ser un grupo muy heterogéneo que crea la posibilidad de varias respuestas a diferentes tipos de presiones ambientales, la vida sedentaria de la mayoría de estas especies hace posible que se realicen estudios espaciales y sus ciclos de vida relativamente largos, permiten realizar estudios de variación temporales. Por otro lado la metodología de muestreo de macroinvertebrados es relativamente fácil y de bajo costo. En relación a los métodos que existen para la evaluación de la calidad de aguas, podemos indicar que existen varios métodos, los cuales se aplican de acuerdo a los objetivos de uso de las aguas INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 19

20 V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Alba-Tercedor, J Macroinvertebrados acuaticos y calidad de las aguas de los rios. IV Simposio del agua en Andalucia (SIAGA) Almeria, vol. II: Bervoets, L Resumen del curso de Bioindicacion. Parte I Teoria Cochabamba-Bolivia 66p Figueroa, R., E. Araya, O. Parra & C. Valdovinos. Macroinvertebrados bentonicos como indicadores de calidad de agua VI Jornadas del CONAPHI-CHILE Figueroa, R. Goitia, E Texto base del curso: Contaminación de Ecosistemas acuaticos. Cochabamba-Bolivia Hellawell, J Biological indicators of freshwater pollution and environmental management. Ed. Elsevier applied science London and New York 546p. Hellawell, J Biological surveillance of rivers. A biological monitoring handbook. Ed. NERC and J. M. Hellawell. England. 332p. Luján de Fabricius, A. LAS ALGAS, INDICADORES DE LA CALIDAD DEL AGUA. Interciencia, 2000.UNRC, Río Cuarto, 4(4). Fac. de Ciencias Exactas, Dpto. de Ciencias Naturales, UNRC. Melcalfe, J Biological Water Quality Assessment of Running Waters Based on Macroinvertebrate Communities: History and Present Status in Europe. Environmental Pollution 60 (1989) Moya, N Indice multimetrico de integridad biotica para la cuenca del rio Chipiriri. Tesis de maestria en ciencias biologicas y biomedicas. UMSA La Paz-Bolivia Pinilla, G Indicadores biologicos en ecosistemas acuaticos continentales de Colombia. Centro de investigaciones cientificas. Fundacion Universitaria de Bogota Jorge Tadeo Lozano 67p PROGRAMA DE MONITOREO DE BIODIVERSIDAD Protocolos detallados de Monitoreo de Indicadores Biológicos. Ed. ZONA DE SELVA, PROYECTO DE GAS DE CAMISEA UPSTREAM PLUSPETROL PERÚ CO INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 20

21 Toro, J., J. Schuster, J. Kurosawa, E. Araya & M. Contreras Diagnostico de la calidad del agua en sistemas loticos utilizando diatomeas y macroinvertebrados bentonicos como bioindicadores Rio Maipo (Santiago:Chile) Ed. SOCIEDAD CHILENA DE INGENIERÍA HIDRÁULICA XVI CONGRESO CHILENO DE INGENIERÍA HIDRÁULICA Vázquez, G. et al. Bioindicadores como herramientas para determinar la calidad del agua, Depto. El Hombre y su Ambiente, UAM-X gavaz@correo.xoc.uam.mx INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DE AGUA 21