0034-77440034-7744S0034-77442011000200009Costa Rica0006201100062011592635654Insectos acuáticos y calidad del agua en la cuenca y embalse del río Peñas Blancas, Costa Rica
Meyer Guevara Mora
Unidad de Cuenca del río Peñas Blancas, UEN Proyectos y Servicios Asociados, Instituto Costarricense de Electricidad, San José, Costa Rica, Apdo. 10032-1000; entomomeyer@gmail.com
Aquatic insects and water quality in Peñas Blancas watershed and reservoir. The aquatic insects have been used to evaluate water quality of aquatic environments. The population of aquatic insects and the water quality of the area were characterized according to the natural and human alterations present in the study site. During the monthly-survey, pH, DO, temperature, water level, DBO, PO4 and NO3 were measured. Biological indexes (abundance, species richness and the BMWP-CR) were used to evaluate the water quality. No relation between environmental and aquatic insects was detected. Temporal and spatial differences attributed to the flow events (temporal) and the presence of Peñas Blancas reservoir (spatial). In the future, the investigations in Peñas Blancas watershed need to be focused on determining the real influence of the flows, sediment release and the possible water quality degradation because of agriculture activities. Rev. Biol. Trop. 59 (2): 635-654. Epub 2011 June 01. Key words: water quality, BMWP-CR, aquatic insects, Peñas Blancas river, flow events, dams.
Resumen
La población de insectos acuáticos y la calidad del agua fueron caracterizadas tomando en cuenta las alteraciones humanas y naturales en el área de estudio. Durante los muestreos mensuales, el pH, OD, temperatura, nivel del agua, DBO, PO4 y NO3 fueron medidos. Los índices biológicos (abundancia, riqueza de especies y el BMWP-CR) se evaluaron para determinar la calidad del agua. No se detectaron relaciones entre las variables ambientales y los insectos acuáticos, pero las diferencias espaciales y temporales en la abundancia y riqueza fueron asociadas con las crecidas del río (temporal) y a la presencia del embalse Peñas Blancas (espacial). En el futuro las investigaciones en la cuenca Peñas Blancas deben de ser dirigidas a determinar la magnitud de la influencia de los caudales, liberación de sedimentos y la posible degradación de la calidad del agua por efluentes de aguas servidas que se lleguen a ubicar en la cuenca. Palabras clave: calidad del agua, BMWP-CR, insectos acuáticos, río Peñas Blancas, crecidas del río, represas.
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El método más utilizado en Costa Rica para la generación de la energía eléctrica es la hidroelectricidad, la cual requiere de la construcción de represas o embalses que ocasionan impactos en la corriente del agua y cambios en las tasas de deposición de material orgánico a lo largo del río (Grubbs et al. 2004, Sharma et al. 2005). ]]>
et al. 2006).
Además de los efectos ocasionados por las represas hidroeléctricas también existen actividades humanas que ]]>
et al. 2004) o cambios físicos relacionados con la profundidad de pozas, sinuosidad, ancho y profundidad del cauce (Richards et al. 1994, Ometo et al. 2000, Diamond et al. 2002) lo cual repercute en las poblaciones acuáticas.
El grupo más abundante en los sistemas acuáticos es el de los insectos acuáticos, cuya permanencia en los cuerpos de agua, sensibilidad a los cambios ambientales y su rol como fuente de alimento para otros miembros de las cadenas tróficas de los ambientes acuáticos han sido razones para su estudio (Rosenberg et al. 1993a, Ramírez et al. 1998b, ]]>
et al. 1998a).
Entre los cambios que se pueden detectar con los insectos acuáticos están: alteraciones del hábitat, cambios de temperatura, sustrato y concentración de desechos domésticos e industriales (Rosenberg et al. 1993b), en función del tiempo de ocurrencia e intensidad del evento. Es ]]>
et al. 1993a).
En términos generales, los programas de seguimiento biológico deben considerar variables como: diversidad de ]]>
et al. 1993a).
El objetivo de este trabajo fue establecer los patrones espaciales de diversidad, riqueza y abundancia de insectos acuáticos para ]]>
Materiales y Métodos
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Área de estudio: La investigación se realizó en la cuenca del río Peñas Blancas (10°15’-10°32’ N, 84°28’-84°48’ W), la cual está influenciada por el clima del Caribe y Zona Norte de Costa Rica en lo referente a los procesos de formación de lluvias, se caracteriza por la ausencia de época seca, con marzo y abril como los meses de menor precipitación. La parte alta de la cuenca tiene el 95% bajo cobertura boscosa en régimen de protección, ]]>
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Durante el periodo de estudio (enero a noviembre 2008) se hicieron 12 recolectas de insectos acuáticos en 11 sitios de muestreo ubicados en el cauce principal del río Peñas Blancas (PA1, PA2, PC1, PC2, PC3, PR1 y PR2) y tributarios (T1, T2, T3 y T4) seleccionados de acuerdo con las facilidades de acceso y siguiendo el gradiente de la cuenca (Fig. 1). Dos de los sitios están ubicados aguas arriba del embalse (PA 1 y PA 2), tres en el sector entre la represa y la zona donde se restituye el agua luego de la ]]>
Fig. 1).
Variables físico químicas y ambientales: Del 8 de enero al 18 de noviembre del 2008 se realizaron muestreos en la parte media y alta de la cuenca del río Peñas Blancas. La determinación del oxígeno disuelto (O.D.±0.01ppm) y la temperatura del agua (±0.1ºC) se realizó mediante un oxigenómetro portátil YSI DO 200. El grado de ]]>
χ prof). Se aplicó un ANOVA no paramétrico (Kruskall-Wallis, p≤0.05) a las variables ambientales para detectar diferencias estadísticas entre los sitios y fechas de muestreo mediante StathGraphics Centurion XV (Versión 15.1.02).
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Igualmente se determinó el pH, temperatura, oxígeno disuelto, sólidos suspendidos, sólidos disueltos, sólidos totales, DBO, PO4, NO3 y turbidez en tres sitios (PA 1, PC 2 y PR 1) mediante visitas mensuales. Los sitios se seleccionaron por su representatividad respecto a las condiciones ambientales del río principal Peñas Blancas. En cada visita se tomó una muestra de agua que se transportó al Laboratorio Químico de Hidrología, ICE para su respectivo ]]>
Muestreo de insectos acuáticos: En cada sitio de muestreo se ]]>
El reconocimiento taxonómico se efectuó con las claves taxonómicas disponibles (McCafferty 1981, Edmunds et al. 1996, Evans et al. 1996, Morse et al. 1996, Polhemus 1996, Roldán 1996, Stewart et al. 1996, ]]>
et al. 1996, White et al. 1996, Wiggins 1996, Springer et al. 2010 en prensa), al nivel más detallado posible, en la mayoría de los casos a nivel de género y los individuos identificados de un mismo taxón se preservaronnen frascos individuales con alcohol etílico al 70% y se registró la abundancia numérica de cada grupo.
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Para determinar la calidad del agua se aplicó el índice BMWP-CR el cual emplea las familias de insectos acuáticos asociadas con los cuerpos de agua y está incorporado en la normativa ambiental de Costa Rica. Tanto la abundancia como la riqueza por fecha de muestreo y sitio fueron analizados estadísticamente mediante ANOVA no paramétrico (Kruskall-Wallis, p≤0.05) (Sokal et al. 1979) a través del paquete estadístico StathGraphics Centurion XV, Version 15.1.02.
Mediante una matriz de abundancia numérica total de los taxa por sitio de muestreo se calculó la similitud entre parejas de sitios muestreados, mediante la comparación de la frecuencia de niveles en los que existió relación con todos los lugares involucrados, se utilizó como criterio de asociación el coeficiente de comparación de Morisita-Horn y la ponderación UPGMA según el método de ligamiento ]]>
Para estimar la diversidad entomofaunística se calculó el índice de Shannon-Wiener (H`) de acuerdo con las especificaciones de Henderson & Seaby (1997). Las diferencias estadísticamente significativas (p≤0.05) de la diversidad ]]>
et al. 1979) mediante StathGraphics Centurion XV, Version 15.1.02.
Resultados
Variables físico químicas: En los sitios PA 1, PC 2 y PR 1 la temperatura (KW11=19.64, p=0.0002), pH (KW11=12.43, p=0.006) y el oxígeno disuelto (KW11=12.89, p=0.0048) presentaron diferencias estadísticamente significativas. Las variables PO4, NO3 y DBO5, ]]>
Cuadro 1). Sin embargo, las variables asociadas con el acarreo de materiales (sólidos suspendidos, sólidos disueltos y sólidos totales) presentaron valores altos, principalmente en el muestreo de octubre 2008.
De acuerdo con las variables ]]>
Cuadro 2). En términos generales la turbidez es variable, aparentemente en función del caudal presente en cada uno de los muestreos. El oxígeno disuelto (KW11=30.91, p=0.000607), la temperatura (KW11=61.82, p=1.63x10-9) y el pH (KW11=28.68, p=0.0014) mostraron diferencias ]]>
Variables biológicas: Se recolectaron 9 órdenes, 41 familias y 72 géneros en un total de 11 181 individuos, de los cuales el 93% fue identificado a nivel de género. La mayoría de los individuos determinados únicamente a nivel de familia corresponden al orden Diptera, del cual en Costa Rica se tiene una escasa información taxonómica de la asociación larva-adulto (Cuadro 3).
A nivel de orden los taxones que presentaron la mayor abundancia fueron Ephemeroptera (n=5 779), Trichoptera (n=3 788) y Diptera (n=1 135); el resto de los órdenes mostraron abundancias por debajo de los 200 individuos. Leptohyphidae, Hydropsychidae y Baetidae fueron las familias más abundantes (n=3 907, n=3 516 y n=1 323, respectivamente). Los géneros con mayor distribución espacial fueron: Baetodes y Leptonema (presentes en todos los sitios), seguidos de Asioplax, Calosopsyche, Camelobaetidius, Corydalus, Leptohyphes y Tricorythodes, los cuales se localizaron en 10 sitios únicamente (Cuadro 3).
Para la abundancia total por sitio de muestreo, el 83% está distribuido en los sitios denominados PC2, T4, T2, T1, T3 y PC3, todos con abundancias superiores a los mil individuos (Kruskall-Wallis, F10=28.23, p=0.0016), ubicados principalmente en los tributarios y el sector de compensación. En la riqueza genérica, los mayores valores registrados se encuentran en los tributarios y PC3 (Kruskall-Wallis, F10=44.99, p<0.0001). En general la tendencia de los sitios ubicados en el cauce de compensación es aumentar sus valores de abundancia conforme se alejan del embalse (Fig. 2).
Considerando los valores registrados por fecha de muestreo, los meses con mayor abundancia fueron: abril (n=2 986), mayo (n=2 364) y marzo (n=1 847), los cuales presentaron diferencias significativas (Kruskall-Wallis, F11,93=35.48, p<0.0001). En términos de riqueza el valor máximo se obtuvo en marzo (n=40) y el mínimo en el muestreo de enero (n=13); sin embargo, no presentan diferencias significativas (Kruskall-Wallis, F11,93=16.45, p=0.12) (Fig. 2).
Al agrupar los sitios de muestreo por sector en la cuenca (Aguas Arriba del Embalse, Compensación, Restitución y Tributario), la máxima abundancia total se detectó en Tributario (n=6 282) y Compensación (n=3 637) (Kruskall-Wallis, F3,40=18.16, p<0.0001), así mismo los valores máximos de riqueza se detectaron en estos sectores (n=59, Tributarios; n=44, Compensación) (Kruskall-Wallis, F3,40=22.5, p=5.08*10-4). En cuanto a la diversidad, el valor máximo se obtuvo en T2 (H’=2.48) y el mínimo en PC1, PR2, PR1, PC3 y PC2 (H’=0). De acuerdo con la abundancia total por sitio de muestreo la máxima se detectó en Empacadora (H’=2.30) seguido de PC1 (H’=2.28) y la mínima en PR1 (H’=1.23); de acuerdo a la fecha de muestreo la máxima total se obtuvo en noviembre (H’=2.52), la mínima se obtuvo en el primer muestreo de enero (H’=1.71) (Cuadro 4).
La prueba de t para H´ (p≤0.05) reveló que existen diferencias significativas entre la diversidad total a nivel espacial como temporal para los sitios de muestreo y las fechas de muestreo. Asimismo, existen diferencias en cuanto la diversidad total por sitio de muestreo.
La aplicación del índice BMWP reveló que la mayoría de los sitios de muestreo tienen variaciones temporales de la calidad del agua, sin embargo, la categoría predominante es aguas de calidad mala, contaminadas; así mismo, la calidad de agua muy mala, extremadamente contaminada se detectó en aguas del río Peñas Blancas (Cuadro 5).
Según los criterios de Morisita-Horn, los sitios con mayor similitud son T2 y T1 (97% similitud), mientras que PA1y PR1 son los que más se diferencian del resto de sitios (47% de similitud) (Fig. 3).
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Discusión ]]>
Los cambios ambientales tienen una fuerte influencia en la distribución, abundancia y riqueza de insectos acuáticos en los cuerpos de agua (Hawkins et al. 1982, Ometo et al. 2000, Shieh et al. 2000, Ocon et al. 2004). Ward (1992) mencionó que la ]]>
et al. (2000) las variaciones estacionales de los organismos están en función del efecto que ocasionan las lluvias o las sequías en el volumen de agua transportado, el cual altera la disponibilidad de hábitats y por tanto compromete la sobrevivencia de los animales asociados con ellos.
Cuando existen alteraciones de carácter antropogénico, la condición físico química del agua presenta variaciones que limitan a las poblaciones de insectos acuáticos. El oxígeno disuelto está influenciado por la actividad biológica, temperatura y turbulencia del agua (Flanagan 1992, Roldán 2003), los ambientes contaminados son los que más se relacionan con bajos valores de oxígeno disuelto, en ]]>
et al. 2000, Ocon et al. 2004) y coincidente con lo reportado por Cortes et al. (1998) en ríos de Brasil con influencia de represas. Las diferencias ]]>
Según Flanagan (1992) el ámbito normal en el cual pueden ]]>
et al. 2000, Fjellheim et al. 2001, Bradley et al. 2002, Lepori et al. 2003) evidencian la sensibilidad de los macroinvertebrados a la acidificación del agua, por lo cual, si se mantienen las condiciones actuales, se podría descartar esta variable como una limitante para el desarrollo de las comunidades de insectos acuáticos en el río Peñas Blancas. ]]>
Las variables ambientales pueden cambiar según los gradientes altitudinales, lo cual puede ser más notorio en la temperatura del agua, generando divergencia en los patrones de distribución, abundancia y diversidad de los insectos acuáticos (Wallace et al. 1996). Los valores obtenidos para la temperatura en el presente estudio fueron similares a otros estudios realizados en sistemas ]]>
et al. 2000, Figueroa et al. 2003). Las diferencias estadísticas reportadas podrían ser explicadas por cambios altitudinales entre los sitios de muestreo, el horario de muestreo y la descarga de la planta Peñas Blancas luego de la generación eléctrica, principalmente en los sitios del sector de restitución (PR1 y PR2).
Igualmente, la relativa estabilidad ]]>
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Con respecto a la turbidez para la cuenca del río Peñas Blancas, el principal aporte de sedimentos proviene de fuentes naturales asociadas con altas y frecuentes precipitaciones (Roldán 2003); sin embargo, existe un aporte antropogénico relacionado con las etapas de construcción del proyecto hidroeléctrico Pocosol aguas arriba del embalse Peñas Blancas. Así mismo disturbios naturales como deslizamientos pueden tener un impacto sobre las comunidades de animales acuáticos (por ejemplo, peces), y por lo tanto alterar ]]>
et al. 2004), situación que podría darse en la parte alta de la cuenca del río Peñas Blancas por la tendencia a deslizamientos en masa por la pendiente de las montañas.
No obstante durante la época de mayor precipitación en la ]]>
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De acuerdo con lo estipulado por Ward (1992), quien establece que las fluctuaciones en el nivel del agua tienen influencia en los insectos acuáticos según la duración y extensión del evento, en la cuenca del río Peñas Blancas las crecidas del río y la generación eléctrica influyeron en el comportamiento de las poblaciones de macroinvertebrados, fue más notorio durante la época de mayor precipitación (abril 2008 en adelante) cuando la dinámica de los hábitats disponibles y las poblaciones cambia (Kohler 1985, Ramírez
et al. 1998b, Shearer et al. 2003, Bass 2004).
De acuerdo con las condiciones ambientales observadas, el sector de restitución es de especial interés en la cuenca, debido a que en estos sitios se reportaron los valores más bajos de las variables biológicas evaluadas, lo cual se relacionó con las fluctuaciones de caudal generadas por los picos de ]]>
et al. 1996, Cortes et al. 1998, Nelson et al. 2002).
En términos de abundancia de macroinvertebrados, el grupo más abundante fue el de los efemerópteros, lo cual se relacionó con los múltiples ciclos de reproducción ]]>
et al. 1998, Palau 1998). En otras investigaciones realizadas por Malmqvist & Englund (1996) y Cortés et al. (1998) se determinó que este grupo taxonómico está fuertemente afectado por las fluctuaciones diarias de caudal en ríos regulados por represas hidroeléctricas, por lo cual se pueden considerar como un indicador de la perturbación del ]]>
et al. 2003a, Barrantes et al. 2003b, Chaves 2007).
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Según trabajos realizados por Stout (1980), Benstead (1996) y Benstead & Pringle (2004) los cúmulos de hojas y el detrito orgánico de origen natural tienen amplio valor para la alimentación y desarrollo de las poblaciones de insectos acuáticos. En el caso particular de la cuenca Peñas Blancas, al considerar que la época lluviosa afecta por igual a toda el área, el aumento en los volúmenes de agua generan la remoción y dificultan la permanencia de cúmulos de hojas, lo cual podría ser uno de los factores que disminuye la ]]>
Sin embargo, a pesar de que los caudales también afectan a los tributarios, la máxima abundancia de efemerópteros y tricópteros en este sector de la cuenca está relacionado con la presencia de microhábitats para la permanencia de poblaciones abundantes (Ramírez et al. 1998, Reice 1980), ]]>
et al. 1995).
Durante el periodo de menor precipitación en la cuenca del río Peñas Blancas se reportó una mayor abundancia de insectos acuáticos, la cual disminuyó cuando inició el periodo de lluvias, atribuible a que durante los ]]>
et al. 1989, Nelson et al. 2002), generando un proceso denominado deriva (Anderson et al. 1968, Collier et al. 2003, Bass 2004, Callisto et al. 2005). Para el ]]>
et al. 2005, Harding et al. 2006, Kasangaki et al. 2006), por lo cual los insectos acuáticos pueden servir a futuro para observar el grado de ]]>
Para el sector de restitución, los bajos valores de abundancia son atribuidos a las fluctuaciones e inestabilidad del hábitat por las variaciones del caudal en función de la generación eléctrica, similar a lo observado por otros autores en sistemas dulceacuícolas con influencia de represas ]]>
et al. 1990, Chaves 2007).
Según Chaves (2007) para la cuenca del río Peñas Blancas la mayor abundancia y riqueza de géneros se detectó en los tributarios, coincide con el periodo en estudio. A pesar de que la represa tiene influencia en la permanencia de poblaciones de insectos acuáticos, para el área de ]]>
Considerando que el índice BMWP-CR fue diseñado de acuerdo a la tolerancia de las familias de macroinvertebrados a la contaminación del agua y sus óptimos para desarrollo ]]>
et al. 2004). Contrario a lo propuesto por Zamora-Muñoz et al. (1995) quienes estimaron que el índice BMWP es válido por cuanto los valores obtenidos tuvieron relación con las condiciones ambientales y los valores máximos no alteraron la interpretación de la condición ambiental, para el ]]>
Al igual que lo reportado por Morais et al. (2004) en una cuenca del Portugal, el índice BMWP-CR en la cuenca del río Peñas Blancas no está relacionado con ]]>
El otro factor que influye en la composición de la entomofauna acuática en la cuenca es la presencia del embalse Peñas ]]>
et al. 1996, Cortes et al. 1998, Sharma et al. 2005).
Asociado al embalse también ]]>
En términos generales los resultados de esta investigación evidencian el impacto de las represas hidroeléctricas en los sistemas dulceacuícolas, principalmente en el sector posterior a la restitución del agua, sin embargo, eventos naturales como las crecidas, periodo de lluvias y capacidad de transporte del agua también influyen en las ]]>
Agradecimientos
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El desarrollo de este trabajo no hubiera sido posible sin el apoyo de Unidad de Cuenca del río Peñas Blancas, UEN PySA, ICE y el Centro de Servicio Ambiente y Cuencas, CG Toro, UEN Producción, ICE en la logística y materiales para la recolecta de insectos acuáticos. Así mismo se agradece a José F. Fernández Araya, del Laboratorio Químico de Hidrología, Centro de Estudios Básicos Ingeniería, ICE por el análisis de las variables físico químicas del agua. A Alfonso Garita y Juan ]]>
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Correspondencia a: Meyer Guevara Mora: Unidad de Cuenca del río Peñas Blancas, UEN Proyectos y Servicios Asociados, Instituto Costarricense de Electricidad, San José, Costa Rica, Apdo. 10032-1000; entomomeyer@gmail.com
