Download dinmica de nutrientes en el humedal lacustre del lago de ptzcuaro

DINÁMICA DE NUTRIENTES EN EL HUMEDAL LACUSTRE DEL LAGO DE
PÁTZCUARO, MICHOACÁN.
Heriberto MEDINA, Arturo CHACÓN y Martha Beatriz RENDÓN
Instituto de Investigaciones sobre los Recursos Naturales, Laboratorio de Ecología
Acuática, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia,
Michoacán, México, Código Postal 53330, correo electrónico:
[email protected].
Palabras clave: nitrógeno, fósforo, litoral, humedales, filtro.
RESUMEN
Dentro de los ecosistemas acuáticos se encuentran los humedales dentro de los
cuales se encuentra el lago de Pátzcuaro considerado como uno de los sistemas
acuáticos más importantes de México debido a sus atributos ambientales,
económicos, culturales y sociales, grandes extensiones del lago, así como su
fauna, flora nativa y la su cuenca han sido perturbadas por el aporte de aguas
domesticas no tratadas, escurrimientos de fertilizantes utilizados en la agricultura,
tala de los bosques y cambio inadecuado de uso de suelo en la rivera del lago
entre otros. Entre los ecosistemas acuáticos que han sido alterados por dichos
procesos se encuentra la zona lacustre considerada como humedales, los cuales
son objeto de estudio debido a que a la fecha existen solo estudios parciales y
fragmentados para lograr la comprensión de la importancia de los humedales que
tienen funciones ecológicas y biogeoquímicas características del Lago de
Pátzcuaro. En este estudio se determinó la dinámica de fósforo: nitrógeno, en el
humedal localizado en el litoral sur del Lago de Pátzcuaro, en donde se marcaron
siete sitios, repartidos dentro del humedal, zona limnética y un manantial en un
trayecto de 1500 m. Los datos obtenidos de las concentraciones de fósforo total y
nitrógeno inorgánico en agua demostraron que estos nutrientes son retenidos
cuando pasan a través del humedal en un porcentaje de 67.5% y 70.8%
respectivamente. Por lo tanto, los datos mostraron que el humedal funciona como
un filtro natural y las entradas por otras vías están alterando las aguas del lago.
INTRODUCCION
Los humedales representan un ecosistema de transición entre el medio terrestre y
el medio acuático donde confluyen procesos químicos y biológicos que son de
fundamental importancia para el funcionamiento de un lago. Estas zonas son de
alta fragilidad, ya que reciben las primeras cargas de azolve y deposición, el
estancamiento hidráulico, la descomposición de materia orgánica, evaporación y
desecación. Los humedales varían en función de su origen, tamaño, localización
geográfica, régimen hidrológico, química, características de la vegetación, del
suelo y de los sedimentos (Maltby, 1991). Los humedales son ecosistemas de alto
beneficio ya que controlan la erosión a través de procesos de disipación y
retención de sólidos además capturan sedimentos y filtran contaminantes
1
mejorando la calidad de agua en lagos y ríos.
Los humedales han sido descritos como los riñones del paisaje por las funciones
que ellos realizan en el ciclo hidrológico y geoquímico de los nutrientes, ya sea de
fuentes naturales o humanas, por lo que, como transformadores de materia
orgánica e inorgánica, los humedales tienen un papel importante en el ciclo de de
nutrientes de las cuencas (Mitsch y Gosselink, 1986).
Los humedales pueden ser sumideros (si el humedal tiene una retención neta de
un elemento o forma especifica de este, en donde las entradas son mas grandes
que las salidas), fuentes (se refiere a un humedal que exporta más de un elemento
o material a otro ecosistema que se hallase fuera del humedal) o transformadores(
cuando los cambios son de formas químicas a particuladas, pero la cantidad
exportada iguala la cantidad importada de compuestos químicos). Nos todos los
humedales son sumideros de nutrientes ni son un patrón de estación a estación o
de año a año, los humedales son también a menudo conectores de ecosistemas
adyacentes por la exportación de materiales orgánicos, aunque los efectos
directos sobre los ecosistemas adyacentes han sido difíciles para cuantificar.
Aunque los humedales son similares a los ecosistemas terrestre y acuático, en
esto pueden ser sistemas altos en nutriente o bajo en nutrientes, hay diversas
diferencias, particularmente en la importancia de nutrientes y en función de la
vegetación en el ciclo de los diferentes nutrientes (Mitsch y Gosselink, 2000).
Un humedal actúa como filtro cuando los materiales suspendidos y sólidos son
retirados tal que los nutrientes disueltos rápidamente pasa a través del ecosistema
(Richardson, 1988).
El agua de los humedales mantiene una fuerte interacción con los componentes
abióticos y bióticos del ecosistema, ya que componentes como nutrientes,
metales pesados, sólidos suspendidos y bacterias son introducidos y desalojados
constantemente dentro del ecosistema (Likens, 1972).
La pérdida y degradación de los humedales ha resultado en la reducción de
beneficios y relaciones funcionales asociados a servicios ambientales tales como
hábitat de aves, peces y vida silvestre, así como de comunidades vegetales. Estos
ecosistemas son altamente productivos debido al enriquecimiento de materia
orgánica y nutrientes, estos nutrientes pueden ser regulados y transferidos por
medio de los humedales a los lagos participando en la productividad acuática.
Por lo anterior, es de fundamental importancia la generación de criterios que
permitan mantener las zonas de humedales de los sistemas acuáticos que aún se
encuentran en estado natural, así como definir estrategias eficientes que permitan
la restauración ecológica para el mantenimiento de los procesos bioquímicos de
estas regiones. Por lo tanto el objetivo de la investigación es evaluar la dinámica
de nutrientes del ecosistema de humedal que forma parte del litoral sur del lago de
Pátzcuaro, Michoacán.
2
MATERIALES Y MÉTODOS
El humedal se encuentra en la parte sur del Lago de Pátzcuaro. El humedal está
cubierto por un compleja asociación de plantas hidrófitas que se distribuyen en un
gradiente de acuerdo a la pendiente y a la profundidad del la columna de agua. La
vegetación acuática se encuentra representada por 49 especies incluidas en 23
familias (Lot y Novelo, 1988). La inundación del humedal es permanente con
fluctuaciones ocasionadas por las lluvias, estas son controladas por la diferencias
que existen entre la evaporación y la precipitación (Bernal-Brooks et al. 2002) y
por lo tanto la superficie del lago también varia (Gómez-Tagle Chávez et al. 2002)
(Fig.1)
Figura 1. Área delimitada del humedal.
El lago de Pátzcuaro se encuentra en el Altiplano Mexicano en las coordenadas
UTM: 245000E, 2185000N máxima y 197000E, 2140000N mínima y en el litoral
sur del lago se ubicaron las estaciones considerando los siguientes criterios de
selección: baja profundidad, gradiente de pendiente, transición entre sistema
acuático y terrestre, interacción cercana entre agua y sedimentos, perfil de
vegetación semi-acuática y acuática, penetración de luz hasta el fondo,
disponibilidad de nutrientes en agua-sedimentos (Fig. 2).
El área de estudio consistió de un arroyo con una longitud de 268 m, canales
artificiales perimetrales al algo y una parte del lago correspondiente a aguas
abiertas (profundidad promedio 0.15-2.0m), la superficie del área estudiada está
delimitada en un total de 50 ha.
3
Figura 2. Ubicación del Lago de Pátzcuaro y sitios de muestreo: 1= comienzo del
humedal, 2= medio humedal, 3=salida del humedal, 4=canal perimetral artificial,
5= reserva de pez blanco (manantial), 6= zona limnética y 7= muelle de Urandén.
Los sitios de muestreo se ubicaron mediante el uso de un geoposicionador
satelital registrando su localización en unidades del sistema de proyección
cartográfica Universal Transversal de Mercator (UTM), siendo un total de siete
estaciones (Tabla I).
Tabla I. Ubicación de los sitios de muestreo
POBLADO
SITIO Nombre
San Pedro Pareo
1
Inicio humedal
2
Parte media del humedal
3
Salida humedal
Urandén de Morelos 4
Canal perimetral
5
Reserva de Urandén*
Zona Limnética
6
Zona Limnética
7
Muelle de Urandén*
* Sitios donde se encuentran manantiales
X UTM
220929
221020
220991
221850
221801
223030
222914
Y UTM
2162020
2162200
2162288
2162509
2162758
2163510
2162721
Los muestreos fueron durante un año considerando dos en estaciones de lluvias y
dos en estiaje. Se realizó colectas de agua empleando una botella tipo Van Dorn
en zonas profundas, además se colectaron muestras de sedimentos con una
draga tipo Ekman. Las muestras fueron transportadas en hielo al laboratorio para
su posterior análisis. Simultánea se realizaron registros de variables ambientales
como temperatura del agua con un termistor, conductividad eléctrica con un
conductivímetro PC-18, potencial de hidrógeno con un potenciómetro PC-18; y
oxígeno disuelto con un oxímetro. La profundidad fue midió con una sondaleza.
4
Los análisis de las variables físicas y químicas se llevaron a cabo, de acuerdo a lo
establecido por los Métodos Estandarizados (APHA 1995). Estos análisis
incluyeron alcalinidad, dureza total, dureza cálcica, dureza magnésica, nitrógeno
de nitritos, nitrógeno de nitratos, nitrógeno de amoniaco. Además de ortofosfato y
fosfato total.
Los sólidos sedimentables se determinaron por el método volumétrico con el cono
de sedimentación tipo Imhoff (APHA, 1995). Los sólidos suspendidos totales se
midieron mediante el método gavimétrico (APHA, 1995). La turbidez se midió con
turbidímetro marca HACH 2100P
Se utilizaron diferentes métodos alternativos para la determinar la concentración
de nitritos, nitratos, amoniaco (Mudroch et al. 1996), ortofosfato y fosfato total
(EPA-600/4-79-020, En: Csuros, 1997), contenidos en los sedimentos.
RESULTADOS
Entre los resultados de mayor relevancia y que se encuentran asociados a los
procesos biogeoquímicos que en el humedal se llevan a cabo son los nutrientes,
representados por las especies de nitrógeno inorgánico y las especies de fósforo
analizadas, sólidos sedimentables, turbidez, conductividad y pH (Tabla II).
Tabla II. Características del agua de la zona limnética y del litoral de la parte sur
del lago de Pátzcuaro.
VARIABLE
Temperatura °C
Conductividad (µS/cm)
Potencial de hidrógeno
Turbidez (NTU)
Sólidos suspendidos (mg/L)
Sólidos sedimentables (mL/L)
Alcalinidad fenolftaleína(mg/L)
Alcalinidad total (mg/L)
Oxígeno disuelto (mg/L)
Dureza total (mg/L)
Dureza de calcio (mg/L)
Dureza de magnesio (mg/L)
Amonio (mg/L)
Nitritos (mg/L)
Nitratos (mg/L)
Nitrógeno inorgánico total (mg/L)
Ortofosfato (µg/L)
Fosfato total (µg/L)
Sito 1
16.63
496.25
7.07
4.00
10.21
1.18
0.00
221.58
3.35
225.75
46.41
26.64
0.41
0.21
1.87
2.50
238.67
454.46
Sitio 2 Sitio 3
17.13
18.38
390.50 360.75
7.34
6.74
5.42
2.01
21.33
5.12
1.00
0.10
0.00
0.00
214.15 173.92
2.70
1.88
154.07 105.42
29.38
18.12
19.54
14.58
0.10
0.23
0.01
0.003
1.50
0.49
1.61
0.73
183.98
68.00
323.09 147.69
Sitio 4
20.73
423.50
8.07
19.65
20.99
0.08
5.22
181.96
7.04
110.82
18.91
15.24
0.06
0.08
0.74
0.88
20.65
114.70
Sitio 5 Sitio 6
19.88
20.65
330.25 755.75
7.31
8.08
6.33
73.23
9.30
48.56
0.05
0.10
0.92
14.25
149.15 364.99
2.73
4.55
104.59 166.67
17.19
18.24
14.83
29.39
0.05
0.12
0.00
0.02
0.60
1.62
0.66
1.77
96.34
78.53
174.74 196.79
Sitio 7
20.88
351.00
8.69
10.25
20.50
0.05
3.00
119.40
11.00
82.00
14.15
11.34
0.06
0.30
0.59
0.95
17.18
161.39
5
Los sólidos sedimentables presentaron una disminución desde el sitio 1 al sitio 2
(1.18 a 0.10 mL/L). Los resultados de turbidez mostraron una disminución desde el
comienzo del humedal hasta donde desemboca (4.00 a 2.01 NTU), no así para la
parte media del humedal donde el resultado aumentó (5.42 NTU). También los
valores de conductividad disminuyen desde del sitio 1 hasta el sitio 3 (496.25 a
360.75 μS/cm), el valor mayor se encontró en la zona limnética (755.75 μS/cm).
En las ares centrales en la zona del humedal los valores de potencial de hidrógeno
disminuyen (6.74 a 7.07), mientras que para las zona limnética o donde las aguas
son abiertas los valores fueron mayores (8.07 a 8.69).
Las concentraciones promedio de nitritos se obtuvieron de una forma gradual,
desde el sitio 1 hasta el sitio 3 (0.21mg/L; 0.01 mg/L y 0.003 mg/L,
respectivamente). Las concentraciones promedio de nitratos fueron afectadas de
una forma semejante en estos sitios (1.87 mg/L; 1.50 mg/L y 0.49 mg/L,
respectivamente). Para los sitios restantes las cantidades halladas de nitratos
fueron diferentes donde el promedio máximo lo presentó el sitio 6 que pertenece a
la reserva acuícola (1.62 mg/L) y referente a los valores de nitritos en el canal
perimetral de la reserva se registraron valores promedio de 0.08 mg/L.
Las concentraciones de amoníaco presentaron una marcada diferencia a través de
las estaciones del humedal (0.41 mg/L; 0.10 mg/L y 0.23 mg/L, respectivamente),
pero como se puede observar en la parte media del humedal hubo menos
cantidad que en la estación 3, que es segmento en donde termina el humedal.
Para las partes que corresponden a aguas abiertas la cantidad máxima se
presentó en la zona limnética (0.12 mg/L)
Referente a las concentraciones de fosfato soluble en las tres primeras estaciones
presentaron una disminución gradual, desde el sitio 1 hasta el sitio 3 (238.67 μg/L;
183.98 μg/L y 68.00 μg/L, respectivamente). La mayor concentración se encontró
en el sitio 5, que es la zona de la reserva acuícola (96.4 μg/L), seguida por el sitio
6 que corresponde a la zona limnética (78.53 μg/L).
Los resultados de fosfato total disminuyeron desde el sitio 1 al 3 (454.46 μg/L a
147.69 μg/L). En los sitios que se encuentran en aguas abiertas, la mayor
concentración se encontró en el sitio 6 (196.79 μg/L) que es el que corresponde a
la zona limnética, en los sitios restantes se observó una variación espacial.
Además, el análisis de Cluster para todas las variables (Fig. 3) clasificó las
estaciones en tres grandes grupos: grupo 1 (estaciones 1-4) que corresponden a
la zona de humedales, el grupo 2 (estaciones 5-6) ubicadas en el canales y zona
limnética y el grupo 3 (estación 7) representado por el muelle de Urandén lugar
donde se presenta una zona de manantiales.
6
Figura 3. Similaridad espacial entre las siete estaciones de muestreo.
Los resultados de sedimentos no mostraron una representatividad de cada uno de
los sitios, presentándose con una variación espacial (Tabla III). Sin embargo, los
máximos valores se registraron en la zona limnética, es decir, dentro del lago.
Tabla III. Concentraciones de los nutrientes en sedimento.
Parámetros
Amonio (mg/kg)
Nitritos (mg/kg)
Nitratos (mg/kg)
Nitrógeno inorg. total (mg/kg)
Ortofosfato (mg/kg)
Fosfato total (mg/kg)
Materia orgánica (g/kg)
1
88.58
0.96
127.64
217.18
18.88
37.25
101.48
2
66.73
1.52
104.93
173.18
32.97
50.81
81.90
3
69.64
0.97
112.19
182.80
19.02
38.03
123.28
4
118.65
1.14
173.30
293.09
28.74
49.08
103.03
5
96.34
1.09
97.64
195.07
11.25
33.44
120.47
6
134.98
1.87
123.75
260.60
29.81
56.40
129.03
7
99.76
0.83
100.17
200.76
23.11
41.92
95.20
En el sedimento las concentraciones de amonio presentaron variaciones en los
diferentes sitios. En la zona del humedal se registraron las cantidades más bajas
(66.73 mg/kg-88.58 mg/kg.), las concentraciones más altas se hallaron en la zona
limnética (134.98 mg/kg). Los sitios restantes se obtuvieron cantidades en un
rango de 96.34 mg/Kg-118.65 mg/kg. Las cantidades de nitritos que se obtuvieron
fueron relativamente bajas con un rango de 0.83 mg/kg en el sitio 7, que
corresponde a zona de manantiales, a 1.87 mg/kg, cantidad registrada para la
zona limnética. Respecto a nitratos, el rango de las cantidades halladas fue de
97.64 mg/kg a 173.30 mg/kg el menor valor fue para el sitio número 5 que
corresponde al manantial de la reserva acuícola y el mayor para el sitio número 4
que pertenece al canal perimetral de la reserva. En los sitios dentro del humedal
no se observó mucha diferencia en las cantidades de nitratos.
7
Las cantidades de ortofosfato fueron variables de acuerdo al lugar de muestreo y
presentaron un rango de 11.25 mg/kg a 32.97 mg/kg. La menor cantidad se
encontró en la zona de la reserva y el valor mayor perteneció al sitio 2, que
corresponde a la parte media del humedal. El fosfato total se comportó de manera
similar al ortofosfato, espacialmente, el valor máximo fue para el sitio 6 que es la
zona limnética (56.40 mg/kg) y el mínimo se presentó en la zona de la reserva
(33.44 mg/kg), en el sitio 5.
DISCUSIÓN
Durante el tiempo total en que se llevo a cabo los diferentes muestreos, los sitios
se encontraron inundados, es decir, la zona de humedal se encontró saturada de
agua todo el año, cabe mencionar que estudios anteriores señalan que la porción
sur del lago se encuentra en una mayor vulnerabilidad por la perdida de superficie
acuática, debido a las variaciones de la morfometría del lago a través del tiempo.
Los sólido sedimentables son un factor que de alguna manera afectan la turbiedad
de la aguas, además se observó durante el análisis que la mayoría de estos es
fitoplancton y perifiton que se encuentra asociado a la vegetación clásica de los
humedales. Aunque no se pudo medir con disco de Secchi la transparencia en los
sitios 1,2 y 3, debido a la vegetación, se recurrió a la medición por nefelometría,
indicando que la turbiedad se mejora en un 49.75%.
El análisis de calidad de agua sugiere de acuerdo a los resultados obtenidos, que
la conductividad registrada presenta un patrón decreciente al pasar el flujo por el
humedal. Ésta disminuyó en un 25% desde la cabeza del humedal hasta la salida
del humedal, es decir que existe una disminución del 27.30% de sólidos disueltos.
Las lecturas de potencial de hidrógeno mostraron que en los sitios ubicados en el
interior del humedal, el agua se encuentra cerca de la neutralidad pues el rango de
neutro a ligeramente alcalino, lo cual sugiere que estos ecosistemas influyen a
través de la descomposición bacteriana en la estabilización de un potencial de
hidrógeno más favorable para el tratamiento de la materia orgánica presente en
los sedimentos y por la producción de ácidos durante el metabolismo.
Los resultados de las concentraciones de fósforo indican que el humedal
interviene en la retención de este nutriente, esto significa que se retiene el 67.50%
de fósforo en forma de fosfato total mejorando la calidad de agua. De manera
similar sucedió con el fósforo en forma de ortofosfato.
De acuerdo con los resultados obtenidos en la determinación de nitrógeno se
observa que en el ambiente del humedal, la cantidad de las diferentes especies de
nitrógeno inorgánico es afectada por la cantidad de oxígeno disuelto, potencial de
hidrógeno y la temperatura. El nitrato que se encontró en mayor proporción tanto
en la columna de agua como en los sedimentos, es el resultado de que este
compuesto es químicamente más estable y a que es la forma más oxidada del
nitrógeno, la cantidad disponible de oxigeno disuelto presente en el agua es
8
posible que disminuya la posibilidad de reducción de dicho compuesto. Aunque el
oxígeno se encontró en bajas concentraciones disuelto en el ambiente de humedal
es posible que los procesos de descomposición de la materia orgánica y la
oxidación se encuentren en equilibrio.
Los nitritos fueron la forma de nitrógeno que se observaron en menor
concentración tanto en agua como en sedimento en el interior del humedal. Lo
anterior concuerda con los estudios de Kadlec y Knight (1996) quienes
encontraron que el nitrito no es químicamente estable en la mayoría de los
humedales y generalmente se encuentra en muy bajas concentraciones, por lo
que sugieren que los niveles detectables de nitrito en humedales frecuentemente
indican asimilación incompleta de nitrógeno y la presencia de una fuente de
ingreso de origen antropogénico.
El amoníaco se encontró con valores cercanos a 0.5 mg/L en el agua, es decir,
con una concentración mayor a la de máxima tolerancia en peces. Por lo tanto,
esta cantidad es tóxica para algunas especies acuáticas (0.02 mg/) como lo
mencionan Sawyer y McCarty (1967). Sin embargo, éste se encuentra ionizado
debido a la presencia de un potencial de hidrógeno menor de 8.0. Este compuesto
de nitrógeno también se encontró con un elevada concentración en sedimentos
con valores hasta de 88.58 mg/kg especialmente en la parte donde inicia el
humedal. Mitsch y Gosselink, (2000) sugieren que el ión amonio (NH4+) es la forma
principal de nitrógeno mineralizado en la mayoría de los suelos inundados del
humedal
El fósforo se encontró en cantidades relativamente grandes en la columna de agua
del humedal. Sin embargo, en los sedimentos se encuentra en cantidades
mayores. Es posible considerar que en los sedimentos del humedal, el fósforo se
encuentre en forma de fósforo orgánico o que el fósforo inorgánico se encuentre
ligado a minerales cristalinos de Al y Fe como lo menciona Richarson (1985).
En resumen, la influencia de la dinámica del ecosistema de humedal sobre la zona
sur del lago de Pátzcuaro es de fundamental importancia, pues este ambiente
proporciona protección por la transición entre el medio terrestre y el acuático. Más
aún presenta una función de barrera debido a que separa zonas de cultivo y
poblaciones humanas que inducen alteraciones al sistema lacustre.
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