1 Eutrofización La eutrofización consiste en forzar un sistema acuático desde el exterior, con la incorporación de más nutrientes, y también de materia orgánica, que alteran temporalmente las condiciones de equilibrio, induciendo desviaciones en las características del sistema, en su composición biótica y en su sucesión (Margalef et al., 1976). Estos procesos introducen cambios físicos, químicos y biológicos en la calidad del agua (Figura 1). Figura 1: Cambios físicos, químicos y biológicos en la calidad del agua, causados por el proceso de eutrofización. Carga Externa de Nutrientes Carga Interna de nutrientes Pastoreo Predación Factores Productores Primarios Consumidores Primarios Efectos Peces Luz Temperatura > Producción primaria, producción de biomasa (Materia orgánica Clorofila, Carbono, etc.) Circulación del agua Tiempo de residencia < Transparencia del agua Disminución de oxígeno en el hipolimnio Morfología del cuerpo de agua > Reciclado de nutrientes, producción de gases (N 2 y O 2 )
2 La preocupación por la eutrofización de los lagos y ecosistemas afines surgió primeramente en los países del norte y centro de Europa y EEUU. Para establecer bases y criterios para diagnosticar y cuantificar el fenómeno, así como para evaluar la vulnerabilidad de los ecosistemas se propusieron diversos índices. Algunos de estos se basaron en la composición del fitoplancton, pero su aplicación es dificultosa ya que responden a condiciones locales. Según Shapiro et al. (1975) un buen índice debe reunir las siguientes cualidades: 1) debe ser fácilmente accesible mediante el empleo de datos inequívocos, 2) debe tener una forma sencilla, 3) debe tener un margen de variabilidad suficientemente estrecho para servir de un modo práctico a los fines para los que se establece, 4) debe ser objetivo, sin contener ningún juicio de valor, 5) debe ser absoluto y no relativo para ser usado en cualquier situación, 6) debe ser científicamente válido, 7) debe ser reconvertible de manera que si el índice es un número derivado de ciertos datos, éstos deben ser derivables de dicho valor, 8) debe ser comprensible para profanos, funcionarios, etc. INDICE DE ESTADO TROFICO DE CARLSON (1977) o TSI (Trophic state index) Es uno de los más utilizados. Puede variar entre 0 (oligotrófico) y 100 (hipereutrófico). Se obtiene a partir de una transformación de la transparencia del disco de Secchi (DS), tal que un valor de índice TSI= 0 corresponda a una profundidad del disco de DS= 64 m y de tal manera que un incremento de 10 en el valor de TSI represente una reducción de DS en un 50% (Tabla 1). El mismo índice puede determinarse a partir de otros parámetros, tales como la concentración de clorofila y fósforo total en superficie, cuya relación con la transparencia se ha calculado previamente. Las fórmulas que figuran a continuación resultan de una modificación realizada por Aizaki et al (1981) a la propuesta por Carlson (1977). TSI (Disco de Secchi) = 10 x (2,46 + 3,76-1,57 ln DS * ) ln 2,5 TSI (Clorofila) = 10 x (2,46 + ln Cl ** ) ln 2,5
3 TSI (Fósforo total) = 10 x (2,46 + 6,68 + 1,15 ln PT *** ) ln 2,5 * metros; ** (mg/m 3 ); *** (mg/l) De acuerdo a los valores que alcanzan el TSI podemos diferenciar cuatro categorías: Oligotrófico (TSI < 30), Mesotrófico (TSI > 30 - < 60), Eutrófico (TSI > 60 - < 90) y Hipereutrófico ( TSI > 90). TSI Tabla 1: Ejemplos de valores medidos de transparencia, fósforo y clorofila correspondientes a un valor puntual de TSI obtenido. Disco de Secchi (m) Fósforo en superficie (mg/m 3 ) Clorofila en superficie (mg/m 3 ) 0 64 0.75 0.04 10 32 1.5 0.12 20 16 3 0.34 30 8 6 0.94 40 4 12 2.6 50 2 24 6.4 60 1 48 20 70 0.5 96 56 80 0.25 192 154 90 0.12 384 427 100 0.062 768 1183 MODELO DE VOLLENWEIDER (1976). Un aspecto que es particularmente interesante conocer de los lagos y embalses es el grado de eutrofía que cabe esperar según los aportes de nutrientes y las condiciones hidrológicas de los mismos. En términos generales la cuestión que se plantea más frecuentemente es determinar el nivel máximo de nutrientes que puede admitir un lago o embalse, de manera que no sobrepasen ciertos límites de eutrofia. Con el propósito de resolver estas cuestiones varios autores han delineado distintos métodos de evaluación. Entre ellos figura Vollenweider quien ha
4 desarrollado unas relaciones semiempíricas de carga - respuesta. El modelo de Vollenweider fue hecho para lagos de Europa y consiste en graficar la carga anual de fósforo en el área (cantidad anual de P que llega a un cuerpo de agua, por cada m 2 de superficie del cuerpo de agua) como función del cociente de la profundidad media y el tiempo de residencia hidráulico (Figura 2). Además se pueden efectuar correlaciones con la concentración de clorofila, profundidad del Secchi y la tasa de agotamiento del oxígeno en el hipolimnio. Para utilizar este modelo se necesita que el crecimiento algal se vea limitado por el fósforo, el tiempo de residencia en la época de crecimiento debe ser al menos de 2 semanas para que las algas puedan crecer por aporte de fósforo y la transparencia no debe ser afectada por turbidez inorgánica. z: profundidad media q s : carga hidraúlica = z / tw tw: tiempo de residencia hidráulica carga de P (mg/m 2 año)= 10 x q s (1 + tw) Figura 2. Estimación del nivel trófico de acuerdo a la curva de carga de fósforo de Vollenweider
5 CLASIFICACIÓN DEL GRADO DE EUTROFIA SEGÚN OCDE. Luego de un estudio de 5 años que abarcó 200 ambientes en 22 países de Europa occidental, EEUU, Japón y Australia el Comité de Eutrofización de la Organización de Cooperación Económica y Desarrollo (OCDE) propuso una clasificación del grado de eutrofia de lagos y embalses, de acuerdo a los valores que alcanzan las variables clorofila, Secchi y P. En la tabla 2 se muestra la clasificación cerrada llamada así debido a que utiliza límites estrictos entre categorías. Tabla 2. Grado de eutrofia que pueden alcanzar un cuerpo de agua para los diferentes estados tróficos y los diferentes valores de clorofila, transparencia y fósforo. Grado de eutrofía Clorofila (mg/m 3 ) Prof. Secchi (m) P (mg/m 3 ) Ultraoligotrófico < 1 > 12 < 4 Oligotrófico 1-2,5 12-6 4-10 Mesotrófico 2,5-7,9 6-3 10-35 Eutrófico 8-25 3-1,5 35-100 Hipereutrófico > 25 < 1,5 > 100 En las figuras 3 y 4 se muestran los gráficos de distribuciones de frecuencia con que cada valor de clorofila y transparencia, respectivamente se corresponde al grado de eutrofía estimado para cada lago o embalse del estudio de la OCDE. Así, por ejemplo, se deduce que una concentración media anual de clorofila de 3 mg/m 3 corresponde a un lago mesotrófico con un 55% de probabilidades pero sólo alguien puede considerarlo como ultraoligotrófico con un 5% de probabilidades.
6 Figura 3: Distribución de probabilidad por categorías tróficas según la concentración de clorofila Figura 4: Distribución de probabilidad por categorías tróficas según la profundidad de visión del disco de Secchi.
7 REFERENCIAS AIZAKI, M. OTSUKI, O. FUKUSHIMA, M. HOSOMI, M. AND MURAOKA. 1981. Application of Carlson s trophic state index to Japanese lakes and relationships between the index and other parameters. Verh. Internat. Verein Limnol. 21:675-681. CARLSON, R.E. 1977. A trophic state index for lakes. Limnol. Oceanogr. 22: 361-369. CEDEX-MOPT 1991. Jornadas sobre eutrofización de embalses e indicadores biológicos de la calidad de las aguas en ríos. Madrid. 284 pp. MARGALEF R., PLANAS A., ARMENGOL J., VIDAL A., PRAT N.; GUISET A., TIJA J. Y ESTRADA M. 1976 Limnología de los embalses españoles. Dirección Gral. De Obras Publicas Nª 123 Ministerio de obras Publicas, Madrid 422 + Tablas. QUIROS, R. 1986. Relationships between air temperature, depth, nutrients and chlorophyll in 103 Argentinian lakes. Verh. int. Ver. Limnol. 23: 647-658. SHAPIRO J., LUNDQUIST J.B. y CARLSON R.E. 1975. Involving the public in Limnology: an approach to communication. Int. Ver. Theor. Angew. Limnol. Verh. 19: 866-874. VOLLENWEIDER, R.A. 1976. Advances in defining critical loading levels for phosphorus in lake eutrophication. Mem. Inst. Ital. Idrobiol. 33: 53-83.
8 Desarrollo del Práctico N o 1 A) Establecer el TSI (DS), TSI (Clorof. a), TSI (PT) para los lagos y embalses de Argentina que figuran en la Tabla 3 (Quiros, 1986). B) Evaluar la relación entre los resultados obtenidos y las variables no involucradas en el calculo (área, profundidad media, Tº media anual). C) Establezca categorías de acuerdo con la ubicación geográfica y uso del suelo y analice su influencia en el estado trófico de los cuerpos de agua. D) Discutir los casos que muestran discordancia entre los resultados de los diferentes índices.
9 Tabla 3
10
11 B) Definir el grado trófico de los siguientes lagos utilizando el modelo de Vollenweider. Ambiente Prof.media (m) T.resid. (años) Carga P (g/m 2 año) Condiciones tróficas Lago Superior 148 185 0,03 Lago Michigan 84 113 0,14 Lago Hurón 61 21 0,13 Lago Erie 18 2,6 1,06 Lago Ontario 84 7,9 0,65 Lago Tahoe 300 700 0,04 Lago Maggiore 177 4 3 Lago Leman 154 12 0,7-1,9 Emb. Ramos Mexía 20 1 0,0023