Nitrogen and phosphorus in superficial waters of the low part of the River Catatumbo

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1 Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 30, Edición Especial, 29-35, 2007 Nitrogen and phosphorus in superficial waters of the low part of the River Catatumbo Hendrik Ávila 1, Carmen Tudares 2, Miriam Sánquiz 1, María Araujo 1, Nerva Morales 1, José Rojas 1 y Danis Pirela 1 1 Gerencia de Investigación Ambiental, Instituto para el Control y Conservación de la Cuenca del Lago de Maracaibo (ICLAM). Km 1, Carretera vía Perijá, Sector Plaza Las Banderas, Maracaibo, Venezuela. 2 Corporación para el Desarrollo del Zulia (CORPOZULIA) Abstract The agricultural and industrial activities that are developed to the riverbanks of the river Catatumbo from Colombia made the Venezuelan territory, they are altering the quality of the waters of the river Catatumbo, being necessary their characterization. The phosphorus concentrations and nitrogen were evaluated in samples of water in the low part of the river Catatumbo, in 10 stations: 4 in the river Catatumbo, 5 lagoons and 1 station in the Lake of Maracaibo (in front of the outlet of the river Catatumbo). The concentration average, of total nitrogen and phosphorus respectively, in stations of the river Catatumbo was of 1,05 mg/l and 0,31 mg/l, in the lagoons of 0,87 mg/l and 0,12 mg/l; and in the lake of 0,67 mg/l and 0,18 mg/l. The nitrogen concentration in water is bigger than the certain one for phosphorus, being presented the nitrogen in smaller form as inorganic nitrogen and the match like dissolved phosphorus. In the lagoons the phosphorus concentrations went smaller to those reported for the stations located in the river. The results indicate that the transport of materials laughs below coming from the high areas; it is possibly retained in the plane areas and lagoons of Juan Manuel s marsh. It is necessary the necessity to increase the protection and recovery of the different forest that surround the river Catatumbo, as well as of regulating the activities that are carried out in both countries, to counteract the haulage of nutritious to the same one and possibly to the Lake of Maracaibo. Key word: River, Catatumbo, quality of the water, phosphorus, nitrogen Nitrógeno y fósforo en aguas superficiales de la parte baja del río Catatumbo Resumen Las actividades agropecuarias e industriales, que se desarrollan a las márgenes del río Catatumbo desde Colombia hasta el territorio venezolano, están alterando la calidad de las aguas del río Catatumbo, siendo necesaria su caracterización. Se evaluaron las concentraciones de fósforo y nitrógeno en muestras de agua en la parte baja del río Catatumbo, en 10 estaciones: 4 en el río Catatumbo, 5 lagunas y 1 estación en el Lago de Maracaibo (frente a la desembocadura del río Catatumbo). La concentración promedio de nitrógeno y fósforo total en estaciones del río Catatumbo fue de 1,05 mg/l y 0,31 mg/l, en las lagunas de 0,87 mg/l y 0,12 mg/l; y en el lago de 0,67 mg/l y 0,18 mg/l. La concentración de nitrógeno en agua fue mayor que la determinada para fósforo, presentándose el nitrógeno en menor forma como nitrógeno inorgánico y el fósforo como fósforo disuelto. En las lagunas las concentraciones de fósforo fueron menores a las reportadas para las estaciones ubicadas en el río. Los resultados indican que el transporte de materiales río abajo provenientes de las zonas altas, es eventualmente retenido en las zonas planas y lagunas de

2 30 Ávila et al. la ciénaga de Juan Manuel. Se destaca la necesidad de incrementar la protección y recuperación de los distintos bosque que rodean el río Catatumbo, así como de regular las actividades que se realizan en ambos países, para contrarrestar el arrastre de nutrientes al río y eventualmente al Lago de Maracaibo. Palabras clave: Río, Catatumbo, calidad del agua, fósforo, nitrógeno. Introducción La cuenca binacional del río Catatumbo es una región natural compartida por Colombia y Venezuela, que recorre en su curso superior una topografía montañosa en zona colombiana y en territorio venezolano el río forma parte de la planicie aluvial del Estado Zulia, con extensos complejos cenagosos hasta desembocar en el Lago de Maracaibo, del cual constituye un importante afluente, tanto por el área que drena como por el volumen de agua que contribuye, el cual tiene un alto efecto en la dinámica ecológica del Lago de Maracaibo [1, 2]. Las actividades agrícolas, pecuarias, petroleras y urbanas que se desarrollan en ambos países, señalan la necesidad de un continuo monitoreo ambiental de la cuenca del Río Catatumbo [3]. La mayoría de las actividades se desarrollan sin control en las márgenes del río Catatumbo de ambos países, causando preocupación por la alteración de las características de sus aguas. Los nutrientes son los mayores constituyentes de los fertilizantes agrícolas, desechos de animales y aguas municipales, estando el transporte de estos estrechamente relacionado a las variaciones hidrológicas de la zona [4]. El objetivo de este trabajo fue estudiar las concentraciones de nitrógeno y fósforo en muestras de agua superficial en la parte baja del río Catatumbo y lagunas asociadas a la misma. Parte Experimental El estudio se realizó en la parte baja del río Catatumbo, correspondiente al municipio Catatumbo. Se evaluaron 10 estaciones: 4 en el río Catatumbo, 5 lagunas y 1 estación en el Lago de Maracaibo (frente a la desembocadura del río Catatumbo) (Figura 1). Las estaciones de muestreo se caracterizaron por estar ubicadas en el río, lagunas de aguas claras y aguas oscuras y sistemas de deltas, con un alto porcentaje de áreas anegadizas y de fuerte inundación. Las estaciones estudiadas (Figura 1) en el río fueron: Catatumbo sector Borrachera (CB, 18 P ; Catatumbo sector Tasajera (CT, 18 P ); Catatumbo sector Corcovada (CC, 19 P ), Catatumbo sector Desembocadura (CD, 19 P ), Lago de Maracaibo, frente a desembocadura río Catatumbo (LA, 19 P ). Las lagunas evaluadas fueron: Laguna La Belleza (BA, 18 P ), Lagu- Suramérica Venezuela Figura 1. Ubicación relativa de las estaciones de monitoreo en la parte baja del río Catatumbo.

3 Nitrógeno y fósforo en aguas del Río Catatumbo 31 na La Bellecita (BI, 18 P ); Laguna Las Garzas (LG, 19 P ); Laguna Norte (LN, 19 P ); Laguna Los Palitos (LP, 19 P ). Se realizaron muestreos bimestrales durante un año, noviembre 2004, enero 2005, marzo 2005, mayo 2005, agosto 2005 y octubre 2005, considerando todo un ciclo hidrológico. Las muestras de agua fueron captadas en el centro del canal con una bomba de diafragma, a un metro de profundidad y colocadas en envases, preservadas y transportadas, según los parámetros a determinar. Se evaluaron los siguientes parámetros, utilizando procedimientos estándares [5] y patrones certificados (Tabla 1): Nitrógeno Total (NT) y sus formas: Nitrato (N-NO 3 ) Amoniacal (N-NH 4 ), Nitrito (N-NO 2 ); Fósforo Total (PT) y sus formas: Fósforo Total Disuelto (PTD), Ortofosfato (P-PO 3 4 ). El análisis estadístico de los resultados se realizó utilizando el paquete STATGRAPHIC Plus 5.1, se calculó el promedio, la desviación estándar (SD), el error estándar (ES) y los valores extremos (mínimos y máximos), en los niveles de nitrógeno y fósforo en sus distintas formas en cada estación. Los datos censurados, los cuales son las concentraciones por debajo del límite de detección del método analítico utilizado en el laboratorio, fueron procesados a través de la sustitución por el valor de detección para el análisis total de la data [6]. Resultados Las concentraciones promedio de las formas de nitrógeno para la parte baja del río Catatumbo se encontraron en el siguiente orden decreciente: NT > N-NH 4 + > N-NO 3 > N-NO 2 (0,97 > 0,16 > 0,12 > 0,004 mg/l) El promedio de nitrógeno total en estaciones del río Catatumbo fue de 1,05 mg/l, en las lagunas de 0,87 mg/l y en el lago de 0,67 mg/l, no existiendo diferencias (ANOVA, LSD) entre estos sistemas, oscilando las concentraciones en un intervalo relativamente amplio con mínimos y máximos de 0,12 a 3,00 (Tabla 2, Figura 2). La concentración de nitrógeno en las formas amoniacal, de nitratos y de nitritos representó una pequeña fracción de la concentración de nitrógeno total, indicando que la misma está representada principalmente por el nitrógeno orgánico y su origen es principalmente de fuentes Tabla 1 Métodos utilizados para el análisis de nutrientes en agua del río Catatumbo. Se muestran los resultados de los análisis de muestras certificadas Parámetro Método analítico Tipo de análisis Muestra certificada SRM Valor preparado Valor obtenido NT Cálculo - - N-NH 4 + Electrodo Selectivo SMWW 4500 NH 3 D,E SRM 194 3, , N-NO 3 Colorimétrico SMWW NO 3 E SRM 193 0,66 0,65 N-NO 2 Colorimétrico SMWW NO 2 B - - PT Colorimétrico SMWW P B,E SRM ,354 0,370 P-PTD Colorimétrico P-PO 4 Colorimétrico Ácido Ascórbico - - (-): No se determinó.

4 32 Ávila et al. Tabla 2 Concentraciones de nutrientes en las estaciones, durante el estudio. Se incluye el promedio ± SD (mg/l) y el intervalo (mínimos y máximos) Sector estación NT PT Lagunas BA 0,97±0,45 (0,56-1,53) 0,15±0,05 (0,07-0,20) BI 0,75±0,22 (0,56-1,12) 0,14±0,07 (0,05-0,22) LN 0,81±0,26 (0,56-1,14) 0,13±0,07 (<0,01-0,21) LP 0,88±0,62 (0,21-1,68) 0,09±0,03 (0,07-0,14) LG 0,99±0,72 (0,21-1,68) 0,12±0,08 (0,04-0,21) Río CB 1,42±0,89 (0,56-3,00) 0,19±0,05 (0,14-0,26) CT 1,42±0,89 (0,56-3,00) 0,22±0,088 (0,13-0,39) CC 0,91±0,28 (0,56-1,25) 0,21±0,13 (0,10-0,45) CD 0,79±0,23 (0,55-1,12) 0,23±0,17 (0,10-0,55) Lago LA 0,67±0,34 (0,24-1,12) 0,18±0,07 (0,11-0,31) Parte baja del Catatumbo Total 0,93±0,51 (0,12 3,00) 0,17±0,09 (<0,01 0,55) recientes, que contienen grandes cantidades de materia orgánica no asimilada. El orden decreciente de la concentración promedio de las especies de fósforo para todo el estudio fue el siguiente: PT> P-PTD > P-PO 4 3 (0,17 > 0,05 > 0,02 mg/l) Con relación al fósforo y sus formas, la concentración promedio de fósforo total en el río Catatumbo fue menor al reportado para el nitrógeno total, con concentraciones de 0,31 mg/l, en el lago de 0,18 mg/l y en las lagunas de 0,12 mg/l, oscilando en un intervalo de 0,01 a 0,55 mg/l (Tabla 2, Figura 2). El promedio de fósforo total en el río Catatumbo fue mayor que el determinado en las lagunas, presentando la estación del lago concentraciones intermedias. El P-PTD representó una baja fracción del fósforo total, mientras que el ortofosfato representó gran parte del P-PTD (Tabla 2). De manera general las concentraciones de nitrógeno total y fósforo total reportadas en estaciones ubicadas en la desembocadura (estaciones CC y CD, Figura 2) son menores a las reportadas en estudios anteriores para estaciones lejos de la misma (Tabla 3). Discusión de Resultados El nitrógeno en aguas de la parte baja del río Catatumbo se presenta en mayor cantidad que el fósforo, lo que es atribuible a la perturbación de la vegetación y suelos, generada por las actividades agrícolas en la cuenca, lo cual conlleva a una mayor pérdida de nitrógeno que de fósforo, debido a que este último es fijado fuertemente por reacciones químicas a los suelos, siendo los compuestos nitrogenados relativamente solubles y fácilmente arrastrados [7, 8, 9]. Las concentraciones de nitrógeno en las estaciones del río Catatumbo cercanas a la desembocadura (CC y CD), son más bajas que las reportadas en estaciones alejadas de la misma (CB y CT), lo cual puede indicar un proceso sedimentación o asimilación de este compuesto en el sistema cenagoso a través de las distintas cadenas tróficas presentes. Lo anterior es destacado en los altos valores promedios de fósforo en el río en comparación con los obtenidos para las lagunas, indicando al sistema lagunar como un procesador de nutrientes, debido a la disminución del caudal yalapresencia de plantas flotantes,

5 Nitrógeno y fósforo en aguas del Río Catatumbo 33 Concentración de Nitrógeno (mg/l) Concentración de Fósforo (mg/l) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Laguna Río Lago NT Amonio Nitrato Nitrito BA BI LN LP LG CB CT CC CD LA Estación Laguna Río Lago PT PTD BA BI LN LP LG CB CT CC CD LA Estación Figura 2. Variación en la concentración del nitrógeno y fósforo y sus formas (promedio ± ES) en estaciones de la parte baja del Río Catatumbo. Tabla 3 Comparación de la concentración de formas de nutrientes con estudios previos en áreas del río Catatumbo y ríos de América del Sur Zona NT (mg/l) PT (mg/l) Año Catatumbo (Venezuela) Borrachera - Tasajera Catatumbo (Venezuela) Corcovada - desembocadura Catatumbo (Venezuela) 0,12-3,00 0,10-0,55 Este estudio 0,55-1,25 0,10 0,55 0,12-3,02 0,055-0, [10] Cuenca media * 0,438-2,077 0,049-0, [3] Desembocadura Río Catatumbo 1,50 1, [14] *Calculado para las estaciones: río Catatumbo Puente Ecuador, Sector Encontrados, río Tarra, antes de confluencia con Catatumbo y río Zulia antes de confluencia con río Catatumbo.

6 34 Ávila et al. las cuales podrían afectar los niveles de fósforo, pero no así los de nitrógeno por su alta disponibilidad. En estaciones ubicadas en la zona media del Catatumbo en Venezuela, la mayor cantidad de nitrógeno inorgánico lo representa el nitrato y en menor proporción para el amonio y el nitrito, debido a condiciones favorables para la oxidación y una adecuada capacidad de asimilar la carga de nitrógeno vertida al río Catatumbo en las estaciones evaluadas [10]. Nuestros resultados coinciden parcialmente con lo anterior para las estaciones ubicadas en el río Catatumbo, sin embargo en las estaciones ubicadas en las lagunas la mayor cantidad de nitrógeno inorgánico fue representada por el amonio, lo cual es atribuible a que las lagunas a ser sistemas lénticos y cenagosos, se caracterizan por bajas concentraciones de oxígeno. El nitrógeno inorgánico disuelto en las estaciones evaluadas en el río Catatumbo, se encuentra principalmente representado por el nitrato y en menor proporción por el amonio y el nitrito, indicando que el cauce presenta condiciones favorables para la oxidación del nitrógeno a nitrato, siendo la carga vertida al río actualmente asimilada por el mismo. Por otro lado, en estaciones cercana a la desembocadura, debido a las características del sistema lagunar de la Ciénaga de Juan Manuel, se esperaría que el transporte de materiales río abajo provenientes de las zonas altas, sea eventualmente retenido en zonas planas, planicies de inundación y lagos, tal como se señala para diferentes sistemas lóticos del mundo [12]. El ortofosfato es poco abundante en la parte baja del río Catatumbo, constituyendo sólo un pequeño porcentaje del fósforo total, lo cual puede ser debido a que el mismo es reciclado muy rápidamente por los microorganismos acuáticos o a la formación de complejos, quelatos y sales insolubles con algunos iones metálicos que precipitan, tal como ha sido señalado para distintos sistemas acuáticos [11, 12], incluyendo el río Catatumbo [2]. El P-PTD en las estaciones evaluadas representa una fracción minoritaria del fósforo total, lo cual ha sido reportada para distintos cuerpos de agua, donde la mayor proporción de fósforo total lo constituye su forma particulada (sestónica), con la forma de fósforo disuelto en baja proporción [11-13]. En comparación con estudios anteriores realizados en la desembocadura del río Catatumbo los resultados obtenidos en este estudio, indican de manera general una disminución del fósforo total, lo cual coincide con lo señalado por Pardi [14], quien indicó que el aumento en las actividades agrícolas, pecuarias e industriales, así como, el aumento de centros poblados e industriales en la cuenca, pueden cambiar de manera marcada la concentración de nitrógeno y fósforo transportada por el río Catatumbo en el tiempo. Diferentes autores [8, 9, 15], han establecido que cuencas intervenidas por actividades agrícolas (desforestación), conllevan una mayor pérdida de nitrógeno con relación al fósforo encontrándose en este estudio que la proporción de nitrógeno orgánico es mucho mayor que la inorgánica, debido esencialmente a las descargas urbanas e industriales recientes y de residuos de fertilizantes agrícolas [15-16]. El alto proceso erosivo, por ausencia del bosque de las vertientes y de la planicie aluvial, así como por las distintas actividades industriales y urbanas, conlleva al transporte de nutrientes hacia las aguas del río Catatumbo. En la actualidad, estos podrían estar siendo absorbidos en parte por el sistema de ciénaga presente en su parte baja; sin embargo, el impacto al Lago de Maracaibo es considerable debido a la alta cantidad de agua con la que contribuye, influenciando incluso la hidrodinámica del mismo [2, 10, 14]. Conclusiones El nitrógeno y fósforo que ingresan a la cuenca del río Catatumbo es principalmente de fuentes recientes, producto esencialmente de las descargas urbanas e industriales y de escorrentías de áreas desforestadas. El sistema lagunar presente en la parte baja del río Catatumbo representa en la actualidad un sistema de retención de nutrientes transportados por el mismo. Agradecimientos Al convenio ICLAM-CORPOZULIA, período , por el apoyo logístico durante el desarrollo del proyecto N 5 P0403. Al personal de

7 Nitrógeno y fósforo en aguas del Río Catatumbo 35 INPARQUES y pescadores de la zona destacado en la Cienaga de Juan Manuel quienes colaboraron con el conocimiento de la zona. Referencias Bibliográficas 1. Rivas Z., Ledo H., Gutierrez J., Gutierrez E. Nitrogen and phosphorus levels in sediments from tropical Catatumbo river (Venezuela). Wat. Air and Soil Poll. 117:27-37, Ledo H., Rivas Z., Gutiérrez J., Gutiérrez E., Ojeda J., Avila H. Baseline of Ca, Mg, Fe, Mn and Al Concentrations in Catatumbo River Surficial Sediments.Water, Air, & Soil Pollution, Volume 155: , Ecopetrol-Intevep. Monitoreo Biológico y Químico de la Cuenca del río Catatumbo. 111 p, Fraser A, Meybeck M., Ongley E. Water Quality of world river basins. Global Enviromental monitoring system (gems).unep Environment Library 14:40, APHA, AWWA and WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Waste water. 20 th editions. Washington D.C Clarke J. Evaluation of censores data methods to allow statistical comparisions among very small simples with below detection limit observations. Environ. Sci. Technol. 32: Hernandez E. Propuesta para la recuperación del bosque ribereño en el río Mucujún. Rev. For. Venezuela. 31: 3-57, Zavrotsky A. Faro del Catatumbo: Lo conocido y lo desconocido. Seforven 12 (11): 5-15, Moss B. Ecology of fresh water. Man and medium. 2da ed., Araujo M. Estudio de nutrientes en agua del río Catatumbo y sus afluentes. Tesis de Maestría. Posgrado de Ingeniería, Universidad del Zulia Wetzel R. Limnología. Ediciones Omega. S.A. Casanova. Barcelona, España, Margalef R. Limnología. Ediciones Omega. Barcelona. España Meybeck M. Carbon, nitrogen, and phosphorus transport by Word Rivers. Am. J. Sci. 282: , Parra P. Estudio integral sobre la contaminación del Lago de Maracaibo y sus afluentes. Parte II. Evaluación del proceso de eutroficación. Venezuela 222 pp, Valiela I., Bowen J. Nitrogen sources to watersheds and estuaries: role of land cover mosaics and losses within watersheds. Environmental Pollution. (118): Whitehead P; Johnes P., Butterfield D. Steady state and dynamic modeling of nitrogen in the River Kennet: impacts of land use change since the 1930s. The Science of Total Environmental : Recibido el 30 de Junio de 2006 En forma revisada el 30 de Julio de 2007

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