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Revista de Biología Tropical

On-line version ISSN 0034-7744

Rev. biol. trop vol.48 n.1 San José Mar. 2000

 

Caracterización fisicoquímica y biológica de la calidad de aguas
de la cuenca de la quebrada Piedras Blancas, Antioquia, Colombia

José A. Posada G.1 Gabriel Roldán P.2  y John J. Ramírez R.3

 
Recibido 25-V-99. Corregido 14-IX-99. Aceptado 30-IX-1999.

Abstract

From April to December 1996 a limnological study was carried out in 17 streams near Medellín, in order to stablish their water quality. The area is located in Piedras Blancas Park  (6º 8' 20''N, 75º 30' 20''W) SE of Medellín at 2 400 m altitude. Three sampling periods, encompasing wet and dry seasons were selected: April-May, August-September and October-December. For qualitative collection methods hand screen D-net were used. Each station was intensively sampled to collect most macroinvertebrates in all types of habitat. The area sampled in each station was 6 m2. Physicochemical variables in general showed small fluctuations along the study; only conductivity and total dissolved solids exhibited significant changes, all related with high precipitation in the wet season. Macroinvertebrate community consisted of 113 genera, 63 families and seven phyla. Trichoptera was the most abundant group. The results indicate that these freshwater ecosystems in the study area present a high water quality corresponding to a oligo-mesotrophic system.

Key words

 Aquatic ecology, tropical limnology, tropical macroinvertebrates.
 

Los estudios limnológicos sobre calidad de agua, parten del principio de que a cada tipo de ecosistema acuático está asociada una comunidad particular de organismos (Margalef 1983, Cole 1983, Wetzel 1983, Roldán 1992).

El componente agua es una parte del ecosistema acuático en el que se desarrollan una serie de comunidades vivas que dependen de las características fisicoquímicas del mismo y pueden verse notablemente modificadas al ser alteradas (López et al. 1995). La mayoría de los parámetros utilizados para la evaluación de la calidad del agua son de carácter fisicoquímico, que no reflejan las posibles alteraciones existentes que hayan podido suceder tiempo atrás. Por este motivo la vigilancia y control de la contaminación del agua se complementa con organismos como “bioindicadores” (Alba-Tercedor 1996).

Existen multitud de metodologías que utilizan una amplia variedad de organismos: bacterias, protozoos, algas, macrófitos, macroinvertebrados y peces, entre otros. De todas las metodologías, aquellas basadas en el estudio de los macroinvertebrados acuáticos son las más usuales. Las razones fundamentales de esta preferencia radican en su tamaño relativamente grande (apreciable a simple vista), su fácil captura y a que reflejan las posibles alteraciones existentes en el medio. Por ello, los juicios respecto a la calidad del agua realizados mediante métodos biológicos son más confiables que los obtenidos con base en los métodos fisicoquímicos (Alba-Tercedor 1996).

El presente estudio pretende elaborar un mapa de calidad del agua de la cuenca de la quebrada del Parque Piedras Blancas (Antioquia) considerando criterios físicos, químicos y biológicos. Si la calidad del agua de los sistemas lóticos estudiados es buena, se presenta alta diversidad de especies, dominancia baja y concentraciones disminuidas de nutrientes.
 

Materiales y Métodos

  La cuenca de la quebrada Piedras Blancas se encuentra dentro del Parque Piedras Blancas (6º 8' 20''N, 75º 30' 20''W) entre los 2 200 y 2 600 msnm sobre la Cordillera central, al extremo oriente del municipio de Medellín en el departamento de Antioquia, Colombia (Fig. 1). La cuenca alta, que comprende el presente estudio, abarca 2 876 ha y representa una de las principales fuentes de aprovisionamiento de agua para la ciudad de Medellín. Su precipitación promedio anual es de 1 815 mm y presenta una temperatura promedio anual de 14.7 ºC (Anónimo 1989). Se localiza en la zona de vida bmh-MB (Holdridge 1978). En la actualidad existen en el Parque alrededor de 1 300 ha reforestadas con especies foráneas como Pinus patula, Eucalyptusgrandis y Cupressus lusitanica. Como resultado de esta actividad un 81% de la cuenca presenta una cobertura boscosa de la cual el 45% corresponde a vegetación natural arbórea y arbustiva y el 36 % a plantaciones forestales con especies exóticas. El resto corresponde a vegetación de rastrojo, pastos y cultivos en pequeña escala (Anónimo 1992).

Las 35 estaciones de muestreo comprenden ecosistemas perturbados y no perturbados, ubicados en la mayor parte de la cuenca hidrográfica del Parque (Fig. 1). Se establecieron tres períodos de muestreo que
 
 


incluyeron la época húmeda (de abril a mayo y de septiembre a noviembre) y seca (de diciembre a febrero y de junio a agosto) (Anónimo 1989). El primer muestreo se realizó durante los meses de abril y mayo, el segundo en agosto y septiembre y el tercero en octubre y diciembre de 1996.

CUADRO 1
Material y metodología utilizada para la medición de las variables fisicoquímicas estudiadas.
Material and methodology used for measurement of physicochemical variables


 
Variables
Unidad
Material y/o Método
Comentario
 
Pluviosidad
mm
Pluviómetro
Estación meteorológica.
Temperatura del agua
º C
Termómetro
In situ
Conductividad
µmhos/cm
Conductímetro
Potenciómétrico
Turbidez
NTU
Turbidímetro
Nefelométrico
Solidos totales
 
mg/l
Gravimétrico
Secado en mufla a 
103-105 º C
 
Oxígeno disuelto
mg/l
Winkler (300 ml)
Modificación de azida
Dióxido de carbono
mg/l
A partir de pH y alcalinidad
Cole (1983)
pH
---
pH-metro
Potenciométrico
Alcalinidad total
mg CaCO3/l
pH-metro
pH hasta 4.3, titulación con H2SO4 0.02N
Dureza
mg CaCO3/l
EDTA
Titulación
Amonio
µg/l
Destilación
Después titulación
Nitritos 
µg/l
Espectofotométrico
Lectura a 543 nm
Nitratos
µg/l
Reducción de cadmio
Lectura a 543 nm
Ortofosfatos
µg/l
Ácido ascórbico
Lectura a 880 nm
Fósforo total
µg/l
Ácido ascórbico
Lectura a 880 nm
Sulfatos
mg/l
Turbidimétrico
(Buffer A) a 420 nm

 

Para los análisis fisicoquímicos se recolectó en un recipiente plástico de 500 ml una muestra de agua en cada estación por cada período de muestreo. Cada muestra se rotuló indicando el lugar y la fecha y se llevó al laboratorio de aguas de la Corporación Autónoma Regional del Centro de Antioquia (CORANTIOQUIA) para su respectivo análisis. El Cuadro 1 muestra los materiales y métodos utilizados para la medición de las diferentes variables fisicoquímicas.

Para cada variable fisicoquímica se obtuvo un valor medio basado en los tres muestreos realizados en cada una de las estaciones. Como medidas de dispersión absoluta y relativa se usaron la desviación estándar (S) y el coeficiente de variación relativa de Pearson, respectivamente.

Para la recolección de los macroinvertebrados se utilizó una red de pantalla y una red D-net. En cada estación se colocó la red de pantalla (de un metro de ancho) y se removió el lecho de la quebrada arriba de la red en un trayecto de dos metros durante cinco minutos. Luego se repitió el procedimiento quebrada arriba a intervalos de dos metros hasta cubrir un área total de 6 m2 en cada período de muestreo. Con la red D-net se hizo el mismo recorrido, pero recolectando en la orilla de la quebrada. Todo el material obtenido se depositó en bolsas plásticas conteniendo alcohol al 70 % para preservarlo. Estas bolsas fueron rotuladas con el número de la estación y la fecha de muestreo. La separación, identificación y conteo se efectuó en el laboratorio de Limnología de la Universidad de Antioquia. Para la identificación de estos organismos se utilizaron claves taxonómicas (Usinger 1956, Spangler 1966c, Johannsen 1969, Pennak 1978, Merrit y Cummins 1978, Mathis y Hogue 1986, Roldán 1988, Hogue y Bedoya 1989, Flint 1991, Rojas et al. 1993). Los espécimenes no recolectados en otras investigaciones se depositaron en la colección de referencia del laboratorio de Limnología.

Se construyó una curva acumulativa de densidad relativa por taxon, a partir de la cual se eligieron los descriptores biológicos de la comunidad de macroinvertebrados, mediante la proyección sobre el eje X del punto donde se cortan la línea de la pendiente más pronunciada de dicha curva con la línea de la asíntota alcanzada al llegar al 100% (Ramírez 1996).  Basado en los datos de abundancia de los táxones obtenidos según el criterio anterior como descriptores biológicos, se calculó la estructura de la comunidad usando los índices de diversidad (Shannon y Weaver 1949) y dominancia (Simpson 1949).

La comparación entre los sitios de muestreo se efectuó con base en los índices de disimilitud de Bray y Curtis (1957), convertido a similitud, y de Distancia Euclidiana Media. Los dendrogramas se obtuvieron utilizando la estrategia de ligamiento medio no ponderado (UPGMA). Como medida de ajuste de los dendrogramas obtenidos se usó el índice de correlación cofenética. Para este análisis, la estación 19 no fue incluida, debido a que en ella sólo se hizo un muestreo. El análisis de agrupamiento se efectúo con el paquete estadístico Fitopac, versión 1.0.


Resultados

La Fig. 2 muestra la precipitación pluvial total en mm/mes en el Parque Piedras Blancas durante el año 1996 (fuente: estación metereológica Mazo de Empresas Públicas de Medellín). En ella se observa entre los meses de junio a agosto, considerada una época seca, se presentó una precipitación superior a lo registrado en años anteriores (Anónimo 1989).
 
 



La Fig. 3 muestra que la desviación estándar (S) y el coeficiente de variación hallados a partir del valor medio de los tres períodos de muestreo para cada variable fisicoquímica son bajos, exceptuando aquellos de la conductividad y los sólidos totales.
 


En el Parque Piedras Blancas durante los tres períodos de muestreo se hallaron 113 géneros pertenecientes a 63 familias y siete Phyla  (Cuadro 2), siendo el orden Trichoptera el más abundante con un 25 % del total, seguido por el orden Coleoptera con el 17 % (Fig. 4).El aporte de la diversidad total (2.8 nat/ind.) de los 24 descriptores biológicos de la comunidad correspondió a un porcentaje entre el 75 % y el 87.5 % de la misma.
 



La Fig 5 muestra las estaciones que presentaron contribuciones relativas altas de los ordenes de macroinvertebrados acuáticos indicadores de la presencia de tensores ambientales.
 


La variación de los valores de la diversidad y dominancia entre los sitios de muestreo se observa en la Fig.6. La Fig. 7 y 8 presentaron el resultado del agrupamiento realizado para la estación de muestreo. En el análisis se observa que la estación 34 es la más disímil.
 


El mapa de calidad de aguas, considerando el objetivo principal de esta investigación se presenta en la Fig.9.
A partir de la curva acumulativa de densidad relativa para elegir los descriptores biológicos se encontró que 16 táxones eran los más representativos de la comunidad, correspondiendo al 70% de la densidad total. A partir de una curva de importancia de táxones este porcentaje se amplió a un 80 %, obteniendo 24 táxones considerados los descriptores biológicos de la comunidad (Cuadro 3).
 

Discusión

 Fisicoquímicos: Los valores bajos en la media y la dispersión en la mayoría de variables fisicoquímicas medidas en el Parque de Piedras Blancas reflejan que la naturaleza química del agua es uniforme para los puntos de muestreo; solamente la conductividad y los sólidos totales presentaron valores mayores (Fig.3). El comportamiento disímil de estas dos variables se debe al arrastre de sediementos ocasionado por la precipitación que aumentó con respecto a los años anteriores.

La temperatura del agua presentó un valor medio de 15.5 °C con una desviación estándar y un coeficiente de variación pequeños como se observa en la Fig. 4; por ello, en la zona de estudio no mostró cambios significativos. En las latitudes tropicales, donde la luz y la temperatura son relativamente constantes en el curso del año, las variaciones estacionales de los organismos acuáticos dependen del efecto que las lluvias o las sequías tienen en el volumen de agua transportado que a su vez influye en las condiciones, los tipos y la diversidad de hábitats disponibles.
 


CUADRO 3
Lista en orden de abundancia de los descriptores biológicos de la comunidad de macroinvertebrados acuáticos.
List of biological indicators of the macroinvertebrate community in order of abundance.

1. Hyalella sp.
9. Ordobrevia sp.
17. Physa sp.
2. Rhagovelia sp.
10. Pisidium sp.
18. Triplectides sp.
3. Tetraglossa sp.
11. Tanypodinae
19. Simulium sp.
4. Ochotrichia sp.
12. Hetaerina sp.
20. Phylloicus sp.
5. Psephenops sp.
13. Haplotaxida sp.
21. Thraulodes sp.
6. Leptonema sp.
14. Aroapyrgus sp.
22. Baetis sp.
7. Heterelmis sp.
15. Baetodes sp.
23.Planariidae
8. Lymnea sp.
16. Anacroneuria sp.
24. Progomphus sp.

 

El oxígeno disuelto presentó un valor medio de 7.3 mg/l y un promedio de saturación del 72 %. Esta concentración de oxígenoen estos ecosistemas corresponde a aguas de óptima calidad.

El dióxido de carbono también presentó poca variación co un valor medio de 5mg/l que se sitúa dentro de los valores normales para aguas naturales (entre 4 y 8 mg/l).

El pH presentó un valor medio casi neutro, propio de estos ecosistemas (Roldán 1992). Las pocas variaciones del pH no perjudican la vida acuática y son el resultado de la alta estabilidad del medio. (Machado y Roldán 1981).

La dureza presentó un valor medio de 20.6 mg/l que según Ohle (1934)  corresponde a aguas de dureza intermedia, medianamente productivas (entre 10 y 25 mg/l). Esta clase de cuerpos de agua posee una flora y una fauna variadas, pero son menos productivas en términos de biomasa (Roldán 1992).

El nitrógeno en sus tres formas(nitrato, nitrito y amonio)  presentó valores bajos (Fig. 3), siendo este un valor normal en quebradas de alta montaña andina debido a las aguas corren por lechos pobres en nutrientes y por regiones poco perturbadas por el hombre (Roldán 1992).

Los resultados de los ortofosfatos, el fósforo total y los sulfatos (Fig. 3), muestran que en la zona no existe un grado de contaminación por materia orgánica que pueda desestabilizar el ecosistema.

Con base en la poca variación de los factores ambientales analizados a lo largo del estudio y por los valores medios bajos y acordes con los rangos normales citados por Roldán (1992) para aguas naturales, puede concluirse que las aguas del Parque Piedras Blancas se encuentran en buen estado y se ajustan a la clasificación oligo-mesotróficas.

Los macroinvertebrados acuáticos: se observa en la Fig. 5 que la estación 9 presenta una cantidad de Annelida considerable (40%), debido a la acontaminación orgánica de origen doméstico que se encuentra cerca al lugar de muestreo y a que el agua pasa por un lecho cubierto de gramíneas, lo que constituye un hábitat óptimo para estos organismos 34 presentó en mayor porcentaje de Mollusca (50.6 %). Estos organismos se desarrollan en grandes cantidades bajo condiciones de contaminación orgánica. Igualmente en esta figura la estación 35 muestra un 46.4% de Díptera, lo que permite establecer que está sometida a tensores ambientales (bombeo de aguas residuales de la quebrada La Mosca).

Las estaciones 10, 32 y 33 presentaron porcentajes altos de Hyalella (Amphipoda) con un 48.7 %, 57.5 % y 53.4 % respectivamente. Según Roldán (1992) este género se presenta en lugares con contaminación orgánica; pero en nuestro caso se encontró en grandes cantidades en pequeños remansos donde se acumula material vegetal, presentándose solamente en cuatro de las 35 estaciones muestreadas.

Los puntos de muestreo en mejores condiciones ecológicas caracterizados por la presencia de porcentajes relativamente altos de los gurpos Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera fueron las estaciones 7, 12, 14, 15, 16, 17, 20, 22, 27, 28, 29, 31. Estos grupos se presentan mayormente en aguas corrientes, limpias y bien oxigenadas (Roldán 1992).

La diversidad de los descriptores biológicos ecológicos estre las estaciones de muestreo mostró un valor medio de 2.2 nat/ind., con una desviación estándar y un coeficinete de variación pequeño (Fig. 6A). Estos resultados, según Margalef (1983), representan diversidad relativamnete alta debido a que las comunidades presentes en el estudio no están bajo tensores ambientales fuertes, salvo aquellos de origen natural. Consecuentemente, los valores medios de dominancia fueron bajos con una dispersión absoluta también baja y un coeficiente de variación relativamente alto (Fig. 6A).

Las diversidades más bajas se presentaron en las estaciones 26 y 35 (Fig. 6A). La estación 26 se sitúa en una zona de agricultura artesanal y la estación 35, en su parte alta, presenta descargas de agua bombeada de la quebrada la Mosca, que pasa cerca al municipio de Guarne, los cuales afectan considerablemente la fauna acuática en el punto de muestreo, lo que es mostrado por el alto porcentaje de Diptera (Fig.5).

La Fig. 7 muestra como el análisis de agrupamiento para las estaciones de muestreo con base en el índice de similitud de Bray y Curtis (31.5%), debido probablemente a las diferencias de vegetación y sustrato del lecho de las quebradas que condicionan la composición de los organismos que se encuentran en cada punto de muestreo. Además muestra como la estación 34 es la más disímil con respecto a las demás debido a la presencia de una granja sobre una fuerte pendiente situada cerca al punto de muestreo, lo que facilita la llegada de cualquier descarga orgánica o química al lecho de la quebrada, afectando la comunidad acuática que allí establecida. Además es la única estación que presentó un alto porcentaje de Mollusca (Fig. 5).

El análisis de agrupamiento para las estaciones de muestreo con base en la Distancia Euclidiana Media (Fig.8) acentúa las diferencias que hay entre las estaciones. En él, las estaciones 10, 11, 32 y 33 forman un grupo que presenta la alta similitud (Fig. 8). Estas estaciones cruzan la vereda más habitada del Parque, donde se presentan pequeños cultivos y ganadería lechera. La estación 11 aunque no está dentro del mismo recorrido, se sitúa dentro de este grupo, pues presenta condiciones físicas similares. La estación 34 presentó la distancia más alta con respecto a las demás debido a que los tensores ambientales antes mencionados afectan mayormente a esta parte alta de la cuenca.

Mapa de calidad de aguas: Este mapa muestra como la mayoría de las vertientes muestreadas presenta aguas oligotróficas (aguas en buen estado biológico) (Fig. 9). La zona con predominancia de aguas mesotróficas corresponde a la parte más habitada del Parque y las zonas que presentan oligo-mesotrofía, son pequeños tramos que sirven como amortiguadores de la descarga de las aguas mesotróficas, exceptuando una parte del tramo entre la estaciones 23 a 26, posiblemente debido a que en este punto se presenta una pequeña zona de influencia agrícola.
 

Agradecimientos

El presente trabajo está enmarcado dentro el proyecto ” Caracterización limnológica de los recursos hídricos del Parque Piedras Blancas ” financiado por la Corporación Autónoma Regional del Centro de Antioquia, CORANTIOQUIA, en convenio con la Universidad de Antioquia a través del Centro de Investigaciones de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, CIEN, mediante el contrato interadministrativo 113 de diciembre 26 de 1995. Los autores agradecen la colaboración de Juan Carlos Gutiérrez y Luisa F. Alvarez por la identificación de especímenes, a Gloria Mejía por los análisis fisicoquímicos de las aguas y a Gloria Mora por las ilustraciones.
 

Resumen

Entre abril y diciembre de 1996, se llevó a cabo un estudio limnológico de 17 quebradas ubicada en el área del Parque Piedras Blancas (6º 8' 20''N, 75º 30' 20''W)localizado al SE de Medellín a 2 400 m de altura. El estudio se realizó en 35 estaciones de muestreo y se establecieron tres períodos de muestreo: el primero entre abril y mayo, el segundo de agosto a septiembre y el tercero de octubre a diciembre de 1996. La finalidad del mismo era establecer la calidad ecológica de las aguas ubicadas en el área del Parque. Para la recolección cualitativa de los macroinvertebrados se utilizaron las redes D-net y de pantalla. El área de muestreo en cada estación fue de 6 m2. Las variables fisicoquímicas mostraron fluctuaciones bajas a lo largo del estudio, excepto la conductividad y los sólidos totales, cuyos cambios estuvieron relacionados con la alta pluviosidad durante el período de estudio. La comunidad de macroinvertebrados encontrada, estuvo conformada por 113 géneros, pertenecientes a 63 familias y siete Phyla, siendo el orden Tichoptera el más abundante. El área de muestreo en cada estación fue de 6 m2.  El resultado del estudio muestra como la cuenca de la quebrada Piedras Blancas presenta condiciones que pueden clasificarse en términos generales como oligo-mesotróficas.

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Fax: 57-4-233 01 20

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