Download determinación de la integridad ecológica de un ecosistema acuático

GEALCER MAGAZINE. 1998. Vol.2 ; 25 – 33
! 1998 Liceo de Cervantes
Cervantes El Retiro
DETERMINACIÓN DE LA INTEGRIDAD ECOLÓGICA DE UN ECOSISTEMA ACUÁTICO CON
BASE EN MONITOREOS BIOLÓGICOS
Wilson Yesid Grimaldo V.
Licenciado en Quí mica y Biologí a. Universidad de la Salle. Profesor de Ciencias Naturales Liceo de Cervantes El Retiro. Director de GEALCER.
E – mail : [email protected].
Resumen.
La ignorancia sobre el manejo de nuestros recursos naturales y el mínimo desarrollo de planes de conservación y
mantenimiento de nuestros recursos hídricos, son la principal causa del
deterioro y muerte de nuestros ecosistemas
acuáticos.
Un buen conocimiento del comportamiento de nuestros ecosistemas lóticos tropicales, podría ser generador no sólo de una
explotación adecuada de nuestros recursos ícticos, sino del establecimiento de planes preventivos de desastres en las zonas
con mayor riesgo de inundación.
El artículo hace mención a algunos de los efectos producidos por disturbios naturales y/o antropogénicos y presenta algunos
métodos biológicos que permiten valorar la integridad de un ecosistema acuático lótico.
Abstract
La ignorancia sobre el manejo de nuestros recursos naturales y el mínimo desarrollo de planes de conservación y
mantenimiento de nuestros recursos hídricos, son la principal causa del
deterioro y muerte de nuestros ecosistemas
acuáticos.
Un buen conocimiento del comportamiento de nuestros ecosistemas lóticos tropicales, podría ser generador no sólo de una
explotación adecuada de nuestros recursos ícticos, sino del establecimiento de planes preventivos de desastres en las zonas
con mayor riesgo de inundación.
El artículo hace mención a algunos de los efectos producidos por disturbios naturales y/o antropogénicos y presenta algunos
métodos biológicos que permiten valorar la integridad de un ecosistema acuático lótico.
Key Words: biological monitoring, watershed ecosystem, Padilla stream, community ictic, unit steam power.
Introducción
Los ecosistemas acuáticos son el centro de
interacción de un gran número de factores
bióticos y abióticos que pueden ser modificados
drásticamente por la dinámica energética fluvial.
El transporte de material aluvial, puede ser uno
de los factores más determinantes
en
la
alteración
del ecosistema,
como
consecuencia de los
eventos de disturbancias,que modifican no sólo el
paisaje natural sino también la composición y
distribución espacio-temporal de los hábitats
dispuestos en su gradiente longitudinal y las
comunidades bióticas inmersas en ellos.
Por otra parte, los procesos resultantes de tales
disturbios, modifican los factores físico-químicos
que a su vez alteran la dinámica trófica de las
comunidades bióticas interactuantes.
Tales
consecuencias
son
fuertemente
dependientes de una variedad de factores bióticos
y abióticos (e. g. Gradientes climáticos regionales,
gradientes topográficos y tipos de sustrato)
(White y Pickett, 1985) la pérdida o reducción
de la vegetación riparia y su incidencia en la
morfología del canal (Karr y Schlosser, 1978).
La remoción de la vegetación riparia, bien sea por
eventos de disturbancias naturales o por causas
antropogénicas, reducen el gradiente longitudinal
del sistema, disminuyendo
la presencia de
meandros y
derivando en
efectos
de
canalización que aumentan la velocidad de
corriente, incrementando a su vez la Unidad de
Poder de Flujo de Corriente (USP Unit Stream
Power).
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Un aumento en la USP incrementa la carga o
transporte de sedimentos produciendo bancos
erosivos y por consiguiente promoviendo la
pérdida potencial de la diversidad de hábitats
acuáticos (Karr y Sclosser, 1978). Por otra parte,
la remoción o reducción de la vegetación riparia,
incrementa la temperatura del agua por mayor
exposición del canal, produciendo así un elevado
deterioro de la calidad del agua.
Factores Moderadores de Efectos Disturbantes.
2. El plano de inclinación del curso es
relativamente bajo, lo cual deriva en una
reducción en la velocidad de la corriente y por lo
tanto en un decremento en el transporte de
material aluvial (Karr y Schlosser, 1978)..
En estudios realizados en la Quebrada Padilla un tributario medio del sistema Magdalénico en el
Departamento del Tolima - , la fisiografía del
ecosistema presenta una dinámica de parches
(White y Pickett, 1985), que se caracteriza por
una alta diversidad de hábitats con una alta
heterogeneidad
longitudinal,
pero
una
homogeneidad interna y discreta del paisaje,
sectorizada en cada estación estudiada
(Grimaldo, 1998).
Tal heterogeneidad, describe una alternancia de
coriotopos en la cual se pueden apreciar: pozos
someros, pozos profundos, regadales y canales
principales
que
persisten
espacial
y
temporalmente, y hábitats de charcas y
macrófitas, presentes solo durante períodos de
sequía. Sin embargo, la persistencia de un gran
número de hábitats en la escala espacio-temporal
y por ende, el alto índice de diversidad de hábitats
hallados, obedecen a distintos factores :
1. El curso del sistema es serpenteante y presenta
una elevada formación de meandros.
20
3. La combinación de las dimensiones SustratoProfundidad, es un factor determinante en la
alternancia de coriotopos que modelan un
equilibrio en la carga y transporte de sedimentos y
la formación de una dinámica de parches que
evita efectos de canalización (Grimaldo, 1998).
4. La presencia de vegetación riparia que bordea
toda la zona ribereña, no sólo disminuye la
temperatura del agua, sino que también evita la
formación de bancos erosivos que podrían
incrementar el transporte de sedimentos y
nutrientes del ambiente terrestre al medio
acuático, permitiendo procesos potenciales de
degradación en la calidad del agua
A pesar de que los eventos de disturbancias
naturales más comunes, tales como los causados
a partir del ciclo hidrológico, pueden incrementar
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la descarga total del sistema modificando el
paisaje y presentando variabilidad espaciotemporal de los hábitats presentes, el curso y en
general la fisiografía del ecosistema se mantienen
bastante estables, debido a que factores como los
anteriormente mencionados actúan como sistemas
amortiguadores
de
dichos
eventos,
proporcionando un alto equilibrio en la dinámica
energética
del ecosistema y los procesos
interactivos de las comunidades inmersas y
sus respectivos hábitats.
Aunque los eventos de disturbancia
natural suelen ser más determinantes en su
incidencia sobre sistemas que presentan un efecto
de continuum (Vannotte, 1980), modificando el
paisaje y la fisiografía del sistema por su mayor
tendencia a presentar efectos de canalización, son
las acciones antropogénicas, los procesos más
letales y destructivos en la degradación de los
ecosistemas acuáticos.
Indicadores Biológicos.
No sólo los eventos destructivos causados por el
hombre tales como la tala de bosques, son
causantes de disturbios. También lo son la
contaminación del agua, tanto por actividades
agrícolas, como por contaminación industrial y
urbana.
En general, la alteración de cualquier factor físicoquímico puede ser causante de severos cambios
en la estructura de las comunidades presentes,
llegando incluso a ser letales para algunas de las
especies menos tolerantes a dichos cambios. Los
organismos del fitoplancton, por su función
autotrófica, son indicadores biológicos que
permiten determinar la productividad y la calidad
del agua en ecosistemas lénticos. Las crisofíceas,
dinofíceas y bacilariofíceas son indicadoras de
aguas oligotróficas, mientras las cianofíceas,
clorofíceas y euglenofíceas, mucho más
tolerantes, son indicadoras de procesos de
eutroficación mucho más avanzados (Roldán,
1992).
Las comunidades acuáticas naturales, se
caracterizan por poseer muchas especies y pocos
individuos por especie, o pocas especies y
muchos individuos por especies (Roldán, 1981).
Así, los cambios en la diversidad de especies
fitoplanctónicas presentes, pueden ser utilizados
como indicador biológico en la calidad del agua.
Pero no es sólo el cambio en la estructura de la
comunidad lo que indica una perturbación en el
sistema, es la dominancia de especies más
tolerantes sobre otras, lo que ejerce un valor
determinante en la evaluación de la calidad del
agua y el estado del ecosistema
El Indice de Diversidad de Shannon Weaver
(H') es una expresión estadística, que permite
valorar y determinar las condiciones ecológicas de
un ecosistema. La expresión matemática se
determina como :
S
H ' = ∑ (ni ) ln(ni )
n
n
i =1
donde : H' = Indice de Diversidad.
ni = número de individos por
especie en una muestra de una
población.
n =
número total de individuos
en una muestra de una población.
ln = logaritmo natural.
Los valores obtenidos a través del monitoreo
biológico y la posterior aplicación del índice de
diversidad, pueden oscilar en valores que van
desde 0 hasta 5.
Valores entre 3 y 5 representan sistemas con alta
calidad de sus aguas, valores entre 1,5 y 3 son
indicadores
de
aguas
medianamente
contaminadas, y valores entre 0 y 1,5
corresponden a aguas muy contaminadas..
De igual forma, el índice de diversidad es
aplicable
a
monitoreos
biológicos
de
macroinvertebrados. En los sistemas lóticos, los
organismos del bentos son utilizados como
indicadores biológicos, debido a su mayor
tolerancia y adaptabilidad a las aguas corrientes
En estudios realizados en la quebrada San
Vicente – un Tributario del curso medio del Río
Bogotá - , el índice de diversidad valorado para
los organismos del fitoplancton fue de
1,107158533, mientras el valor determinado para
los organismos bénticos fue de 0,613055243
(GEALCER y Grimaldo,1997)..
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Indice de Nyggard.
1.
# de taxones de Cyanophytas
4
Cyanophytas = ------------------------------------------- = ---------- 2
# de taxones de Desmidiáceas
2
2.
# de taxones de Chlorococcales
1
Cloroophytas = ---------------------------------------------- = ---------- 0,5 < 1 ----! Eutrófico
# de taxones de Desmidiáceas
2
3.
Diatomeas
4.
Taxones de Cyano + Chloro + Eugleno + Diatomeas
10
Compuesto = ------------------------------------------------------------------------ = --------- = 5 > 2,5 Eutrófico
# de taxones de Desmidiáceas
2
# de taxones de Diatomeas Céntricas
2
= ------------------------------------------------------- = ---------- = 0,4 -----! 0,2 a 3,0 Eutrófico
# de taxones de Diatomeas Pennales
5
Figura 2. Indice de Nyggard, aplicado a Monitoreos realizados en la Quebrada
San Vicente. Tomado de GEALCER, Vol 1, 1997.
El concepto de biodiversidad se define como "La
variedad y variabilidad entre los organismos vivos
y los complejos ecológicos en los cuales ellos
ocurren".
(OTA, 1987, p. 3).
Un alto índice de diversidad refleja la presencia
de una cantidad reducida de organismos de la
misma especie, pero un número elevado de
especies distintas. Así mismo, un índice bajo
representa un número elevado de organismos de
una misma especie, con una variedad mínima de
especies.
Por otra parte, la diversidad biológica varía de
acuerdo a las condiciones geográficas.
Globalmente, tiende a aumentar a medida que
nos acercamos al trópico, al igual que también
disminuye con la altitud.
Integridad Biológica.
El concepto de Integridad Biológica se define
como "La capacidad de soportar y mantener una
comunidad de organismos balanceada, integrada
y adaptada, teniendo una composición de
especies, diversidad y organización funcional
comparables a la de los hábitats naturales de la
región". (Karr y Dudley, 1981).
22
Karr y Schlosser, sostienen que dos importantes
distinciones entre integridad y diversidad,
emergen de esta definición.
" Primero, el sistema de integridad está reflejado
en los elementos biológicos y el proceso que
genera y el mantenimiento de esos elementos,
mientras que la diversidad describe únicamente
los elementos. Y segundo, únicamente la
integridad está directamente asociada con el
contexto evolutivo".(Karr y Schlosser, 1994).
Así, la diversidad puede ser un elemento
indicador de los efectos de alteración pero no
refleja completamente los niveles de organización
evolutiva de la comunidad.
Es más, por citar un ejemplo, el enriquecimiento
de nutrientes en un ecosistema oligotrófico podría
incrementar la diversidad de especies, pero a la
vez podría eliminar una comunidad única,
alterando completamente la integridad biológica
del sistema.
De este modo, se puede asumir que un
ecosistema con alta integridad biológica, debe
presentar altos índices de diversidad, y sin
embargo valores elevados de diversidad, no son
indicadores de un ecosistema con alta integridad
biológica.
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La diversidad biológica, es un elemento que
ensamblado en los procesos desarrollados dentro
de la dinámica energética de un ecosistema puede
servir como indicador de la integridad biológica a
partir de monitoreos de las especies interactuantes
en el sistema.
Karr, diseñó un Indice de Integridad Biótica (IBI Index of Biotic Integrity), basado en el
ensamblaje
de
12
atributos
biológicos
desarrollados a partir del monitoreo con especies
ícticas. (Tabla 1)
El valor cuantifica ecológicamente, el significado
de aspectos del ensamblaje, que se relacionan
con influencias humanas, tales como la riqueza y
Medida Grupal
Composición de especies
Composición Trófica
Condiciones Icticas
composición de especies, la composición trófica y
la abundancia y las condiciones fisiológicas y
anatómicas de los peces.
A cada atributo le es asignado un valor que varía
entre 1, 3 ó 5, dependiendo de si el parámetro
evaluado, registra una desviación alta, moderada
o mínima, de acuerdo a los valores observados en
lugares no intervenidos por la influencia humana.
Al final, el estudio podrá registrar un IBI con
valores mínimos de 12 ( =12 x 1 ), indicando
ecosistemas muy degradados, hasta un máximo
de 60 ( = 12 x 5 ), reflejando sistemas excelentes
e intáctos. Las propiedades de la evaluación
estadística del IBI están ampliamente explicadas
en Karr y Conquest, 1994.
Atributo
Relación con Degradación.
1. Total de especies
2. Especies en Percoides
3. Especies Cyprinidas
4. Especies de Sp. Sucker
5. Especies intolerantes
6. % de individuos tolerantes
7. % de Omnívoros
8. % de Insectívoros
9. % máximo de carnívoros
10. Desoves Litofílicos
11. Deformados, tumores lesiones
12. Número total de peces
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Negativo
Positivo.
Positivo.
Negativo.
Negativo
Negativo
Positivo
Negativo.
Tabla 1. Atributos biológicos de la comunidad íctica, usada para calcular el IBI en Ohio.
(Tomado de Statistical Properties of an Index of Biological Integrity Used to Evaluate Water
Resources. Karr and Conquest, Can. J. Fish. Aquat. Sci., Vol 51, 1994)
El IBI ha sido aplicado en la evaluación de
ecosistemas a partir del monitoreo con algunas
taxas (peces, insectos, algas, aves), tipos de
hábitats(corrientes, humedales, estuarios) y en casi
todas las regiones geográficas. (Karr, 1998).
Algunos biólogos han hecho adaptaciones
aplicadas a las necesidades del ecosistema en
estudio (Zachary et. Al. 1998). El mismo Karr,
desarrolló una modificación aplicada al monitoreo
con organismos bénticos proponiendo un B - IBI (
Indice Béntico de Integridad Biótica )(Kerans y
Karr, 1996 ).
El IBI y sus diversas modificaciones, son un
recurso muy importante en la evaluación y
determinación de los procesos biológicos
naturales. Aunque es una herramienta
relativamente nueva en el campo de la ecología,
sus usos y aplicaciones se han extendido en
prácticamente todo el globo terráqueo.
Desafortunadamente, en Colombia son muy
pocos los estudios realizados, que permiten
realmente establecer un pleno conocimiento de la
potencialidad energética y productiva de nuestros
recursos naturales. A pesar de estar catalogado en
lugares muy privilegiados en cuanto a diversidad
se refiere, la carencia de políticas de protección
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ambiental y la mínima intervención de entidades
oficiales y de la empresa privada, son motivo
suficiente para ocupar también, los primeros
lugares en la destrucción y muerte de ecosistemas
acuáticos y la pérdida ecológica de especies
únicas y representativas de nuestros hábitats tales
como el oso de anteojos, los delfines rosados, la
tingua y hasta el cóndor de los andes; emblema
de nuestro escudo nacional.
Sólo una alta concientización de los efectos de la
influencia de las acciones humanas sobre nuestros
ecosistemas y la adpoción de políticas cuyas metas
vayan enfocadas hacia la protección ambiental y
el diseño de estrategias de investigación y
conocimiento de nuestra diversidad biológica
pueden brindarnos una posición más privilegiada
económica, social y culturalmente. Si bien es
cierto que el próximo milenio brindará estos
beneficios a los países que posean el manejo de la
informática, también es un hecho, que los
recursos hídricos cada vez son más escasos y que
de ellos depende nuestra supervivencia en este
planeta.
Can. J. Fish. Aquat. Sci., Vol. 51, 1994.
Fore, S. Leska, Karr, J. R. and Wisseman W.
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Karr, J. R. Rivers as Sentinels: Using the Biology
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Agradecimientos.
Roldán, P. Gabriel. Ecología. Edit. Norma, 1981.
Al Doctor James R. Karr. Profesor de Zoología y
Peces. Profesor Adjunto de Ingeniería Civil, Salud
Ambiental y Asuntos Públicos. Director del
Instituto de Estudios Ambientales, Universidad
de Washington, por su valiosa colaboración en la
orientación del manejo del IBI y la consecución
de material bibliográfico.
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Neotropical. Edit. Universidad de Antioquia.
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Zachary H.; Freeman, C. And Watson L. Index
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