ISSN: 2448-4768 Bol. Soc. Mex. Ento. (n. s.) Número especial 3: 27-32 2017 CALIDAD DEL AGUA DE TRES SISTEMAS ACUÁTICOS CON INSECTOS COMO MODELO DE ESTUDIO EN LA REGIÓN FRONTERIZA MÉXICO- ESTADOS UNIDOS DE AMÉRICA CON EL ENFOQUE AL CONTROL DE LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES Bernardo López-González 1 *, Ian Humberto Quiroz-González 1, María del Pilar Saldaña Fabela 2, Gilberto Tijerina Medina 1, Baldemar Escobar González 1 y Humberto Quiroz Martínez 1Universidad Autónoma de Nuevo León. Facultad de Ciencias Biológicas. Ciudad universitaria, Av. Manuel L. Barragán, San Nicolás de los Garza. Nuevo León. México. 2Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso. C. P. 62550. Jiutepec. Morelos. México. Recibido: 13/03/2017, Aceptado: 20/05/2017 *Autor para correspondencia: Bernardo.lgzz.11@gmail.com RESUMEN: Se realizaron muestreos en el Rio Álamo, Río Bravo y Río San Juan ubicados en la zona fronteriza México-Estados Unidos para determinar la calidad del agua con base a macroinvertebrados acuáticos, como los insectos. Los datos se analizaron utilizando el índice de Shannon-Wiener y el Índice Margalef. Para determinar el estado ecológico de los ríos con base a la diversidad, riqueza y abundancia de los insectos acuáticos se utilizó el índice de riqueza de especies y el índice EPT que toma en cuenta los órdenes de insectos sensibles a cambios drásticos Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera. Los resultados del análisis mostraron que el Río San Juan presentó los valores más bajos en los índices utilizados, categorizándose como severamente impactado, con baja diversidad y mala calidad de agua, a diferencia del Río Álamo que presentó valores más altos en los índices con una calidad de agua moderada. Los principales hallazgos en las estaciones de monitoreo fueron insectos acuáticos de los órdenes: Ephemeroptera, Odonata, Hemiptera, Trichoptera, Diptera, Lepidoptera y Megaloptera, presentándose mayor abundancia de efemerópteros. Palabras clave: Índice EPT, diversidad, abundancia, macroinvertebrados acuáticos. Water quality of three aquatic systems with insects as a study model in the border region Mexico-United States of America with the approach to the control of residual water discharges ABSTRACT: Sampling was carried out in the Álamo River, Rio Bravo and Río San Juan located in the US - Mexico border area to determine water quality based on aquatic macroinvertebrates, such as insects. To determine water quality, the data were analyzed using the Shannon-Wiener index and the Margalef index. In addition, to determine the ecological status of rivers based on diversity, richness and abundance of aquatic insects was used the index of species richness and the EPT index that considers groups of insects susceptible to drastic changes Ephemeroptera, Plecoptera and Trichoptera. The results of the analysis showed that the San Juan River presented the lowest values in the indexes used, categorized as severely impacted, with low diversity and poor water quality, unlike the Rio Álamo that presented higher values in the indexes with a quality of moderate water. The main findings in the monitoring stations are aquatic insects of the orders: Ephemeroptera, Odonata, Hemíptera, Trichoptera, Diptera, Lepidóptera and Megaloptera, being presented greater abundance of Ephemeroptera. Keywords: EPT index, diversity, abundance, aquatic macroinvertebrates. INTRODUCCIÓN La calidad del agua es determinada mediante métodos tales como análisis fisicoquímicos, bacteriológicos y biológicos. Este último se basa en la biota residente, por ejemplo, el uso de los 27
López-González et al.: Calidad del agua de tres sistemas acuáticos con insectos como modelo de estudio. macroinvertebrados acuáticos con un tamaño superior a 500 µm como indicadores biológicos, destacándose entre ellos a los insectos; la mayoría de ellos en estadio adulto son terrestres, a diferencia de algunos, cuyos estadios de desarrollo previo a los adultos son acuáticos. Los órdenes: Diptera, Ephemeroptera, Odonata, Plecoptera, Hemiptera, Coleoptera y Trichoptera, son insectos con estadios acuáticos (Ladrera-Fernández, 2012) Los insectos acuáticos han sido utilizados como bioindicadores por diferentes circunstancias tales como: 1. Tener amplia distribución, 2. Gran riqueza de especies con gran diversidad de respuestas a los gradientes ambientales, 3. Ser en su mayoría sedentarios, permitiendo el análisis espacial de la contaminación, 4. En algunas especies, tener ciclos de vida largo porque integran los efectos de la contaminación en el tiempo, 5. Forma sencilla y barata de ser recolectados, 6. Taxonomía bien conocida a nivel familia y género, 7. La sensibilidad notable de muchos taxa a diferentes tipos de contaminación, 8. El uso de muchas especies en estudios experimentales sobre los efectos de la contaminación (Bonada et al., 2006) En el uso de los insectos acuáticos para determinar el estado ecológico y calidad de cuerpos de agua es importante considerar los factores: profundidad, turbidez, oxígeno disuelto, salinidad, flujo y ph del agua, que están involucrados en la presencia o ausencia de una especie (Samways et al., 2010) El presente trabajo tuvo por objetivos determinar la calidad del agua y estado ecológico de los ríos Álamo, Bravo y San Juan en la región fronteriza México-Estados Unidos de América con base a los insectos acuáticos. MATERIALES Y MÉTODO El área de estudio abarcó desde aguas abajo de la presa Internacional Falcón situada sobre el Río Bravo, en municipio de Nueva Ciudad Guerrero, Tamaulipas, México y en el condado de Starr, Texas, Estados Unidos, hasta la desembocadura al Golfo de México, considerando como sitios de monitoreo el Rio Álamo, Río Bravo y Rio San Juan que se encuentran en la región fronteriza México Estados Unidos de América. Los cuales son sitios de interés para el Instituto Mexicano de la Tecnología del Agua. Los muestreos fueron realizados sólo en los meses de agosto (2015), noviembre (2015) y abril (2016), se introdujo una red bentónica en forma de D en el fondo del rio removiendo un metro cuadrado durante un minuto, la muestra se depositó en una bolsa plástica whirl pak previamente etiquetada con la estación de monitoreo y la fecha; como agente fijador se utilizó alcohol etílico al 96 %, vertido directamente en las bolsas. Esta actividad se llevó a cabo tres veces por estación de monitoreo. Posteriormente se trasladó el material recolectado al Laboratorio de Entomología de la FCB-UANL para el proceso curatorial. La identificación de los insectos se llevó a cabo mediante el uso de un microscopio estereoscópico marca Zeiss modelo Stemi DV4 y claves taxonómicas de Arnett Jr et al. (1980), Peckarsky et al. (1990), Darsie y Ward (2005) y Merritt et al. (2008). Para el análisis de calidad de agua se utilizó el índice de diversidad Shannon-Wiener y el índice de riqueza de especies Margalef, y para el análisis de estado ecológico fue utilizado el índice de riqueza de especies y valor EPT (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera). En los puntos de muestreo para el río Álamo, Bravo y San Juan se registraron el oxígeno disuelto, conductividad, ph y temperatura. También se consideraron otras características como la profundidad de toma de muestra y tipo de fondo. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el monitoreo de los Ríos Álamo, Bravo y San Juan fueron colectados un total de 328 insectos acuáticos de fases de desarrollo de larva, ninfa y adulto, correspondiendo a siete órdenes, 17 familias y 20 géneros (Cuadro 1). 28
Bol. Soc. Mex. Entomol. Número especial 3: 27-32 2017 Cuadro 1. Listado, número total y fase de desarrollo de insectos acuáticos encontrados en los ríos Álamo, Bravo y San Juan. Orden Familia Género Fase de Río Río Río San desarrollo Álamo Bravo Juan Total Ephemeroptera Ephemeridae Hexagenia sp. Náyade 1 0 0 1 Caenidae Caenis sp. Náyade 21 0 0 21 Baetidae Callibaetis sp. Náyade 0 8 82 90 Leptophlebiidae Traverella sp. Náyade 10 0 0 10 Odonata Protoneuridae Protoneura sp. Náyade 2 0 0 2 Gomphidae Phyllogomphoides sp. Náyade 1 0 0 1 Stylurus sp. Náyade 0 1 0 1 Coenagrionidae Amphiagrion sp. Náyade 2 0 0 2 Argia sp. Náyade 14 10 0 24 Calopterygidae Hetaerina sp. Náyade 61 0 0 61 Hemiptera Naucoridae Ambrysus sp. Adulto y ninfa 21 2 0 23 Corixidae Trichocorixa sp. Adulto 0 38 5 43 Mesoveliidae Mesovelia sp. Adulto 0 6 0 6 Trichoptera Polycentropodidae Cernotina sp. Larva 1 0 0 1 Hydropsychidae Smicridea sp. Larva 17 14 0 31 Diptera Stratiomyidae Nemotelus sp. Larva 0 3 0 3 Simulium sp. Larva 0 4 0 4 Simuliidae Stegopterna sp. Larva 0 1 0 1 Lepidoptera Crambidae Petrophila sp. Larva 2 0 0 2 Megaloptera Corydalidae Corydalus sp. Larva 1 0 0 1 Total 154 87 87 328 A partir de un estudio llevado a cabo en el Río San Juan que se origina de la cortina de la Presa de la Boca en Santiago, N. L. Guerra-Pérez (2000) consideró los géneros Phyllogomphoides sp. y Callibaetis sp. indicadores de calidad de agua polisaprobia y el género Cernotina sp indicador de calidad de agua mesosaprobia. En cuanto a Callibaetis sp. el análisis de calidad de agua con base al índice de Shannon-Wiener correspondiente al río San Juan, en el cual únicamente se identificó este efemeróptero, muestra que la categoría de calidad de agua es similar a lo mencionado anteriormente, siendo polisaprobia (Fig. 1). De manera similar, con base al mismo análisis de calidad de agua, la presencia del género Cernotina sp coincide con la categoría de calidad mesosaprobia del río Álamo, en el cual se contabilizó un individuo, mientras que Phyllogomphoides sp. al localizarse en el mismo sitio no coincide con la categoría de polisaprobia. Ramírez-Freire (2000) catalogó como indicadores de calidad de agua polisaprobia al género Smicridea sp y a Petrophila sp a partir de un estudio realizado sobre el río Salinas en Zuazua, N. L; en comparación a los resultados del análisis de calidad de agua sobre el río Álamo, sitio donde se presentaron los dos géneros, la calidad de agua fue mesosaprobia (Fig. 1). Con base a los géneros identificados de los órdenes Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera encontrados en los tres ríos, el río San Juan se catalogó como severamente impactado a diferencia de los ríos Álamo y Bravo (Fig. 2). Los ríos Álamo, Bravo y San Juan fueron catalogados de acuerdo con los resultados de la riqueza de especies como severamente impactados, y de acuerdo con el índice de Margalef los tres sitios presentaron una baja diversidad (Fig. 3). Con relación a esto, Alonso (2005) mencionó que la reducción de oxígeno disuelto e incremento del amoniaco a causa de la descomposición de la materia orgánica empobrece la composición de la comunidad de macroinvertebrados bentónicos, además, según Smith et al. (1999) aunque el amoniaco y el nitrito aparecen de forma natural en los ríos como consecuencia de la descomposición biológica de la materia orgánica, diversas actividades humanas incrementan sus concentraciones, tales como los vertidos 29
López-González et al.: Calidad del agua de tres sistemas acuáticos con insectos como modelo de estudio. industriales y urbanos, escorrentías procedentes de zonas agrícolas y ganaderas, vertidos procedentes de estaciones de tratamiento de aguas residuales y deposición de contaminantes atmosféricos. Figura 1. Índice de Shannon-Wiener y categorías de calidad de agua en los muestreos del río Álamo, Bravo y San Juan. Moderadamente impactado Severamente impactado Figura 2. Indice EPT (Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera) de los ríos Álamo, Bravo y San Juan. Figura 3. Índice de Margalef de los ríos Álamo, Bravo y San Juan. 30
Bol. Soc. Mex. Entomol. Número especial 3: 27-32 2017 De acuerdo con los resultados del índice de Shannon, los valores de H obtenidos para los ríos en los tres muestreos realizados indicaron la categoría de mesosaprobio para el río Álamo y de polisaprobio para el río San Juan (Fig. 1). La categoría de impacto correspondiente al número de especies encontradas en los tres muestreos de los ríos Álamo, Bravo y San Juan es de severamente impactado, encontrándose menor cantidad de especies de insectos en el río San Juan. (Fig. 4). Severamente impactado Figura 4. Riqueza de especies de los ríos Álamo, Bravo y San Juan. En cuanto al índice EPT, que considera los órdenes Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera, los sitios de muestreo no presentaron insectos del orden Plecoptera, siendo una de las razones el hecho de que de acuerdo con Quiroz-Martínez et al (2006) las náyades de dicho orden no toleran los niveles bajos de oxígeno y son típicas de los ríos fríos y oligotróficos de zonas montañosas. CONCLUSIONES De acuerdo con la diversidad de insectos acuáticos, la calidad del agua del río Álamo se categoriza como mesosaprobia y polisaprobia para los ríos Bravo y San Juan. La riqueza de especies y los individuos de los órdenes Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera en los sitios de muestreo indican que los ríos Álamo, Bravo y San Juan presentan un sistema acuático severamente impactado. El índice EPT es viable para determinar a calidad del agua debido a la sensibilidad de estos insectos, sin embargo, es importante considerar la posibilidad de que se presenten géneros resistentes ante factores fisicoquímicos como el oxígeno disuelto. Agradecimientos A la Facultad de Ciencias Biológicas de la UANL y el laboratorio de entomología por el acceso a las herramientas de trabajo. Al IMTA, CONACYT y CONAGUA por el apoyo para llevar a cabo este estudio parte del proyecto CONAGUA-CONACYT 2012-01-188747. Literatura citada ALONSO, A. 2005. Valoración del efecto de la degradación ambiental sobre los macroinvertebrados bentónicos en la cabecera del río Henares. Revista Ecosistemas, revista científica y técnica de ecología y medio ambiente, 15(2): 102 103. ARNETT JR., R. H, DOWNIE, N. M. AND H. E. JAQUES. 1980. How to Know the Beetles. Second edition. The Picture Key Nature Series. C. Brown Company Publishers, Dubuque, Iowa. 416 pp. 31
López-González et al.: Calidad del agua de tres sistemas acuáticos con insectos como modelo de estudio. BONADA, N., PRAT., N., RESH, V. AND B. STARZNER. 2006. Developments in Aquatic Insect Biomonitoring: A Comparative Analysis of Recent Approaches. Annual Review of Entomology, 51: 495 523. DARSIE, R. F. AND R. A. WARD. 2005. Identification and Geographical Distribution of the Mosquitoes of North America of Mexico. 383 pp. GUERRA-PÉREZ, S. 2000. Evaluación de la vegetación riparia, insectos acuáticos y peces influenciada por la variación en la calidad y cantidad de los caudales de la cuenca del Río San Juan, Nuevo León, México. Tesis inédita de maestría en Ciencias Forestales. Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Autónoma de Nuevo León. 149 pp. LADRERA-FERNANDEZ. R. 2012. Los macroinvertebrados acuáticos como indicadores del estado ecológico de los ríos. Páginas de Informacion Ambiental. España, (39): 24 29. MERRITT, R. W., CUMMINS, K. W. AND M. B. BERG. 2008. An introduction to the aquatic insects of North America. Fourth Edition, Kendall/Hunt Publishing Co. Iowa, USA 1157 pp. PECKARSKY, B. L., FRAISSINET, P. R., PENTON, M. A. AND D. J. CONKLIN. 1990. Freshwater Macroinvertebrates of Northeastern North America. Cornell University, London. 442 pp. QUIROZ-MARTÍNEZ, Q., RODRÍGUEZ-CASTRO, V. A., SOLÍS-ROJAS, C., DE LEÓN-GONZÁLEZ, J. A., BADII- ZABEH, M. H., VALDEZ-DELGADO, K. M., FLORES-SUAREZ, A., FOROUGHBACHK, R., NOVELO- GUTIÉRREZ, R., LAZCANO-VILLARREAL, D., GALVÁN, R. D. J., DE LA ROSA-LOZANO, G. U., GONZÁLEZ- JIMÉNEZ, F., ÁLVAREZ-MENDOZA, J., TAMEZ- CANTÚ, E. M. ESCALERA-ARREDONDO, A. C. Y K. ARÉVALO-NIÑO. 2006. Bioindicadores de contaminación en sistemas acuáticos (insectos acuáticos). Editorial, Universidad Autónoma de Nuevo León, México. 48-50 pp. RAMÍREZ-FREIRE, L. 2000. Evaluación de la calidad del agua del Río Salinas en base a la diversidad y riqueza de insectos acuáticos en el municipio de General Zuazua, Nuevo León, México. Tesis sin publicar. Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Nuevo León. SAMWAYS, M. J., MCGEOCH, M. A. AND T. R. NEW, 2010. Insect Conservation: A handbook of Approaches and methods, Editor William J. Sutherland, Editorial Oxford University Press. 441 pp. SMITH, V. H., TILMAN, G. D. AND J. C. NEKOLA. 1999. Eutrophication: impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems. Environmental Pollution, 100: 179 196. 32