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ENCUENTRO INTERNACIONAL EN FITODEPURACIÓN (Julio del 2005, Lorca)
INTERNATIONAL MEETING ON PHYTODEPURATION (July 2005, Lorca, Murcia, Spain)
TÍTULO DEL TRABAJO
“Depuración de aguas eutrofizadas en un humedal natural costero del Sureste de España”
TÍTULO RESUMIDO
“Depuración de aguas eutrofizadas en un humedal natural costero del Sureste de España”
NOMBRE DE AUTORES
Francisco J. Jiménez-Cárceles*, José Álvarez-Rogel y Consuelo Egea-Nicolás
NOMBRE Y DIRECCIÓN DE LAS INSTITUCIONES
Área de Edafología y Química Agrícola. Dpto. Ciencia y Tecnología Agraria. Universidad
Politécnica de Cartagena. Paseo Alfonso XIII nº 52. 30203 Cartagena, Murcia, Spain.
NÚMERO DE TELÉFONO, FAX E E-MAIL
Tlf: 968325447. Fax: 968325435. E-mail: [email protected]
FIGURAS Y TABLAS
2 Tablas y 3 Figuras
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ENCUENTRO INTERNACIONAL EN FITODEPURACIÓN (Julio del 2005, Lorca)
INTERNATIONAL MEETING ON PHYTODEPURATION (July 2005, Lorca, Murcia, Spain)
DEPURACIÓN DE AGUAS EUTROFIZADAS EN UN HUMEDAL NATURAL
COSTERO DEL SURESTE DE ESPAÑA
Francisco J. Jiménez-Cárceles*, José Álvarez-Rogel y Consuelo Egea-Nicolás.
Área de Edafología y Química Agrícola. Dpto. Ciencia y Tecnología Agraria. Universidad
Politécnica de Cartagena.
RESUMEN:
Los humedales son sistemas idóneos para combatir la contaminación difusa originada, por ejemplo, por vertidos de aguas
residuales y de excedentes agrícolas. El Mar Menor es una laguna costera que recibe las aguas de gran número de ramblas
que atraviesan zonas agrícolas y turísticas. Este trabajo presenta datos relativos a la calidad de las aguas de ramblas que
atraviesan el humedal de La Marina del Carmolí antes de llegar a la laguna del Mar Menor, así como de los contenidos de
nutrientes en aguas del interior del mismo. Los resultados indicaron una elevada concentración de nitratos (> 280 mg L-1),
amonio (> 31 mg L-1) y fósforo (> 12 mg L-1) en las aguas de las ramblas. Estas concentraciones se redujeron hasta casi
desaparecer según las aguas van atravesando el humedal. Nuestros datos señalan que existen aguas contaminadas en las aguas
que suponen un riesgo de eutrofización en el Mar Menor. Los saladares cercanos a la laguna tienen un papel importante en la
reducción de esta contaminación.
PALABRAS CLAVE: saladar, Mar Menor, calidad de las aguas, nutrientes, potencial redox.
DEPURATION OF POLLUTED WATERS IN A NATURAL COASTAL WETLAND
OF THE SOUTHEAST OF SPAIN
ABSTRACT:
Wetlands are suitable systems to reduce the diffuse pollution originated, for example, by wastewaters and agricultural waters.
A study has been conduced in the Marina del Carmolí salt marsh located in the Mar Menor lagoon which receives waters of
several watercourses. Water samples were collected over a one-year period established through the salt marsh towards the
lagoon. The results showed a high concentration of nitrates (> 280 mg L-1), ammonium (> 31 mg L-1) and phosphorous (> 12
mg L-1) in the watercourses. The general spatial pattern of nutrient retention in the salt marsh was observed by a reduction in
the nutrient concentrations in the water closer to the lagoon. Our data support the existence of polluted water in courses, and
the associated risk can include the eutrophication of aquactic systems. Based on our data, the Mar Menor coastal marshes
have an important role as filters to reduce pollution in this lagoon.
KEY WORDS: salt marsh, Mar Menor, water quality, nutrients, redox potential.
1. INTRODUCCIÓN
El Campo de Cartagena (Murcia, SE España) es actualmente uno de los mayores productores
hortícolas de Europa. Diversos estudios (Martínez Fernández y Esteve, 2000) apuntan a que
puede estar generándose un exceso de insumos que va a parar, fundamentalmente, a las aguas
superficiales que discurren por las diversas ramblas que atraviesan la zona hasta desembocar
en la laguna del Mar Menor. A los posibles impactos provenientes de la agricultura intensiva
hay que sumar el desarrollo turístico en la zona, que se traduce en un notable incremento de la
población en los meses estivales, lo que ha llevado en numerosas ocasiones a vertidos
incontrolados de aguas residuales.
Paralelamente a estos impactos, se ha venido observando variaciones en la biota del Mar
Menor y su entorno. Entre los cambios más conocidos que afectan propiamente a la laguna
desde hace unos años, destaca, por su impacto sobre el sector turístico y pesquero, la
proliferación de medusas. El problema ha sido atribuido, al menos en parte, al incremento en
los insumos de nutrientes provenientes del Campo de Cartagena (Gilabert, 2001). En este
sentido, uno de los aspectos que más interés pueden tener es el conocimiento de las funciones
del propio ecosistema, entre las que se encuentran la capacidad depurativa de los suelos y la
vegetación de los humedales del entorno de la laguna. Así, los humedales actúan como filtros
naturales, depurando las aguas antes de que viertan a los cauces principales o al mar, lo que
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proporciona evidentes beneficios sin que se requieran más inversiones que la conservación del
propio ecosistema.
La Marina del Carmolí se encuentra a orillas del Mar Menor y es uno de los saladares mejor
conservados de la Región de Murcia (Figura 1). Tiene una longitud de unos 2.5 km en
dirección Norte-Sur, con una anchura máxima de unos 1.5 km y está limitado en su extremo
Norte por la Rambla del Albujón. La zona se encuentra bajo un clima Mediterráneo
Semiárido, con una precipitación anual media de 300 mm, una temperatura media anual de
17ºC y una evapotranspiración media de 856.8 mm por año.
Las Ramblas del Miedo y de Miranda, cuyos caudales suelen permanecer activos incluso en
verano debido al superávit de aguas de regadío, atraviesan el saladar inundando extensas
zonas de éste. La Rambla del Miedo recibe aguas residuales mal depuradas desde la
depuradora de El Algar-Los Urrutias. Esta rambla, durante el siglo pasado, depositó por
escorrentía en el saladar grandes cantidades de residuos de estériles mineros procedentes de la
Sierra Minera de La Unión-Cartagena. Otra rambla de la zona, la Rambla del Albujón, cuyos
desbordamientos hasta hace pocos años constituían el mayor aporte hídrico de aguas
continentales al saladar, se encuentra actualmente encauzada hasta su desembocadura.
Durante esta investigación se evaluó el papel del humedal en la depuración de estas aguas,
analizando los nutrientes que se vierten a él y los mecanismos de inactivación y/o retención
que se están produciendo.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
Se muestrearon las aguas de entrada al humedal (cauces de la Rambla de Miranda y la
Rambla del Miedo y un canal de drenaje agrícola que se observó cerca de ésta última), a fin de
identificar la calidad de las mismas a lo largo de un año desde Julio de 2002 a Julio de 2003.
En estas muestras se analizaron los contenidos en amonio (destilación en medio básico con un
destilador Kjeldahl), nitratos (AOAC, 1975) y fósforo reactivo soluble (PRS) (Watanable y
Olsen, 1963). Además se tomaron muestras de la desembocadura de la Rambla del Albujón
(que vierte directamente al Mar Menor), a fin de evaluar los niveles de nutrientes que vierte a
la laguna. Estas muestras de agua se recogieron cada dos meses.
También se realizó un muestreo en el interior del humedal, en 10 parcelas en la zona de
influencia de las ramblas del Miedo y de Miranda (Figura 1), para la recogida de muestras de
agua superficial, del agua de la solución del suelo (extraída in situ mediante jeringas de
succión tipo Rhizon®) y del agua subsuperficial (1.5 – 2 m de profundidad) extraída mediante
piezómetros de PVC instalados en las parcelas. En ellas se analizaron los mismos parámetros
utilizados para las aguas de las ramblas. Estas muestras de agua se recogieron cada tres meses.
Todas las muestras de agua se mantuvieron congeladas hasta su análisis.
Al momento de los muestreos se midió, por triplicado, el potencial de oxido-reducción (Eh)
en los suelos de las parcelas con un equipo portátil. Además se tomaron 2 muestras de suelo
(de los primeros 30 cm superficiales) por parcela en Marzo de 2003 a fin de conocer el efecto
de retención de sustancias por el suelo. El suelo se tamizó (a 2mm) y se analizó en fresco para
evitar posibles alteraciones por el secado. En estas muestras se determinó el fósforo (P) total
(digestión nítrico-perclórico 1:1) que fue medido con el método del ácido ascórbico (Murphy
y Riley, 1962).
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3. RESULTADOS
3.1. Calidad de las aguas en las ramblas:
Los resultados indicaron que el humedal recibe una elevada concentración de nitratos
(máximo de 280 mg L-1 ), de amonio (máximo de 31 mg L-1 ) y de PRS (máximo de 12 mg L-1 )
a través de las ramblas (Figura 2). La Rambla del Miedo constituye el mayor aporte de
amonio y PRS al humedal, sobre todo en los periodos de verano donde el aumento de la
población provoca que se sobrepase la capacidad de la depuradora y aumenten los vertidos de
aguas mal depuradas. La Rambla de Miranda y el canal de drenaje de los campos cercanos
son fuente de nitrato principalmente. Los picos de máxima contaminación coinciden con las
épocas de máxima actividad agrícola (finales de primavera y otoño). Los apreciables
contenidos en nitratos, P y amonio que se detectaron en la Rambla del Albujón, señalan que la
laguna recibe directamente cantidades de estos nutrientes que no están siendo depurados.
3.2. Calidad de las aguas en el interior del humedal:
Los datos de agua superficial, de la solución del suelo y del agua subterránea muestran que las
altas concentraciones en nutrientes de las ramblas se redujeron hasta casi desaparecer
conforme las aguas van atravesando el humedal hacia la línea de costa (Tablas 1 y 2). En
periodos de mayor precipitación (Noviembre 2002 y Marzo 2003) se ha observado una
acumulación de nitratos, amonio y PRS en las parcelas 4 y 5 (Tabla 1). Este confinamiento se
debe probablemente al arrastre de estos compuestos por el incremento de los volúmenes de
agua que circulan en superficie que quedan retenidos en las zonas bajas del humedal.
3.3. Suelos del interior del saladar:
Se encontraron Eh indicadores de condiciones anóxicas en las parcelas situadas en la zona de
influencia de la Rambla del Miedo, principalmente en las parcelas 1 y 2 (de hasta -225 mV),
mientras que en la influencia de la Rambla de Miranda los Eh medidos indican condiciones
óxicas en los suelos (entre 185 y 413 mV).
Los mayores contenidos en P total se obtuvieron en la zona de influencia de la Rambla del
Miedo (parcelas 1 a 5) donde se observó un descenso de las concentraciones hacia las parcelas
de la parte baja del humedal (Figura 3). En la zona de influencia de la Rambla de Miranda
(parcelas 6 a 10), no aparecieron niveles de P tan altos en los suelos. En general se observó un
descenso de los niveles P en los suelos hacia las partes bajas del saladar.
4. CONCLUSIONES
El descenso brusco en los niveles de amonio y PRS observados en la zona afectada por la
Rambla del Miedo puede explicarse por varios procesos. El amonio puede ser absorbido por
las plantas, principalmente carrizo (Phragmites australis) que posee una alta capacidad para
filtrar contaminantes (Mauleman et al., 2002), o bien puede transformarse en amoniaco (NH3 )
y perderse a la atmósfera por volatilización.
El principal mecanismo que contribuye a la fijación del fósforo en humedales es la adsorción
a óxidos y oxihidróxidos de Fe y a los compuestos de calcio y magnesio (Ann et al., 2000).
En menor medida la adsorción al complejo de cambio de los suelos, pero si la precipitación
con Ca, Mg o carbonatos, y la adsorción-desorción por óxidos de Fe, pueden estar implicados
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en la dinámica del P en estas parcelas. La presencia de residuos mineros con altos contenidos
en Fe observado por Jiménez-Cárceles et al. (2004) en la zona de influencia de la Rambla del
Miedo puede favorecer que gran parte del P presente en las aguas quede fijado al Fe en esta
zona. Los mayores contenidos en P en los suelos de las parcelas 1, 2 y 3 pueden avalar que el
PRS de las aguas se fije al Fe de estos suelos.
Los altos contenidos en nitratos en la Rambla de Miranda decrecieron rápidamente en las
parcelas 6 y 7 (Tabla 2), pero esta desaparición no puede atribuirse a procesos de
desnitrificación en la zona que posee niveles altos de Eh, sino a la infiltración de las aguas y a
la absorción por la vegetación de la zona, principalmente del carrizo (P. australis). Se
detectaron niveles de amonio y PRS en las parcelas que pueden ser atribuidos a los procesos
implicados en la descomposición de la materia orgánica.
Así, los datos evidencian la existencia de aguas contaminadas en las ramblas del Campo de
Cartagena que vierten al Mar Menor, aguas que suponen un riesgo alto de eutrofización de
los sistemas acuáticos cercanos. Esta contaminación tiene un origen urbano y agrícola.
Basado en estos resultados, el saladar de la Marina del Carmolí actúa como un filtro verde
reduciendo los contenidos en nutrientes que fluyen hacia el Mar Menor. En este papel tiene
gran importancia los procesos bioqueoquímicos que ocurren en el suelo y que están ligados a
la absorción de sustancias por las plantas, a los niveles de Eh y a la presencia de Ca, Mg y de
residuos mineros con altos contenidos en Fe y Al.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Ann, Y., Reddy, K.R., y Delfino, J.J. (2000). Influence of chemical amendments on
phosphorous immobilization in soils from a constructed wetland. Ecological Engineering
(14), 157-167.
AOAC Methods. (1975). 12th edition. AOAC Internacional.
Gilabert, J. (2001). Seasonal plankton dynamics in a Mediterranean hypersaline coastal
lagoon: the Mar Menor. Journal of Plankton Research (23), 207-217.
Jiménez-Cárceles, F.J., Álvarez-Rogel, J., Delgado, M.J. y Ortiz, R. (2004). Seasonal and
spatial variability in heavy metal contents in soil and water in a coastal salt marsh (Marina del
Carmolí) of SE Spain. EUROSOIL 2004. Libro de Comunicaciones. Freiburg, Alemania.
Martínez Fernández, J. y Esteve, M.A. (2000). Estimación de la entrada de nutrientes de
origen agrícola en el Mar Menor mediante un modelo dinámico. Mediterránea. Serie de
Estudios Biológicos (17). Publicaciones Universidad de Alicante, Spain. 70 pp.
Mauleman, A.F., Beekman, J. (Hans) Ph. y Verhoeven, J.T.A. (2002). Nutrient retention and
nutrient-use efficiency in Phragmites australis stands after wastewater applications. Wetlands
(22), 712-721.
Watanable, F.S. y Olsen, S. (1963). Test for determining phosphorous in water and NaHCO3
extracts. Soil Science Society of American Proceedings (99), 667-668.
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6. TABLAS Y FIGURAS
Figura 1. Localización del Campo de Cartagena y del saladar de La Marina del Carmolí, y de las parcelas
de muestreo y de los puntos de toma de muestras de las ramblas de entrada al humedal.
Figura 2. Valores de nitratos, amonio y fósforo reactivo soluble (PRS) en las entradas al humedal (Rambla
del Miedo, Rambla de Miranda y el canal de drenaje agrícola) y en la Rambla del Albujón.
Tabla 1. Concentraciones de nutrientes (mg L-1 ) en las parcelas situadas bajo la Rambla del Miedo. AS:
Agua Superficial; SS: Solución del Suelo; ASS: Agua Subuperficial; n.d.: no detectado;
n.s.: no muestreado. PRS: Fósforo Reactivo Soluble.
Julio-02
Noviembre -02
Marzo-03
Julio-03
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NO3
NO3-
NH4+
PRS
NO3-
NH4+
PRS
NO3-
NH4+
PRS
-
NH4+
PRS
Rambla del Miedo
0,34
13,79 12,32
0,46
25,02
5,27
0,21
6,95
6,44
2,59
28,73
10,48
AS Parcela 1
0,48
10,98
8,74
1,14
32,26
1,45
2,03
12,78
0,73
1,01
19,84
2,01
SS Parcela 1
4,92
21,91
0,48
2,08
13,94
0,66
4,45
18,86
0,88
6,02
28,51
0,63
ASS Parcela 1
0,39
36,94
0,10
4,69
18,86
0,24
0,28
11,05
0,44
n.s.
n.s.
n.s.
AS Parcela 2
n.s.
n.s.
n.s.
14,75
26,96
2,36
7,21
9,22
1,32
0,28
18,68
3,22
SS Parcela 2
n.d.
n.d.
0,29
20,68
12,91
0,41
2,81
20,68
0,13
4,36
n.d.
0,52
ASS Parcela 2
5,31
0,54
0,47
1,29
n.d.
0,13
0,82
7,09
0,60
n.s.
n.s.
n.s.
AS Parcela 3
n.s.
n.s.
n.s.
0,33
n.d.
1,64
5,57
n.d.
1,06
n.s.
n.s.
n.s.
SS Parcela 3
n.s.
n.s.
n.s.
3,70
n.d.
1,02
4,23
n.d.
1,36
n.s.
n.s.
n.s.
ASS Parcela 3
7,44
n.d.
1.60
2,28
n.d.
0,32
10,33
n.d.
0,41
1,95
n.d.
2,36
AS Parcela 4
2,43
13,82
2,23
24,02
1,33
4,26
32,90
6,41
1,29
2,20
n.d.
1,85
SS P arcela 4
7,40
n.d.
0,32
3,88
n.d.
0,81
12,91
n.d.
0,67
0,97
n.d.
0,53
ASS Parcela 4
1,88
n.d.
0,66
5,40
n.d.
0,30
5,44
n.d.
0,95
1,78
n.d.
1,52
AS Parcela 5
2,68
n.d.
0,82
17,74
22,93
5,38
32,01
n.d.
0,92
n.d.
n.d.
0,52
SS Parcela 5
7,11
n.d.
0,74
1,12
n.d.
0,61
8,38
n.d.
0,94
n.d.
n.d.
0,40
ASS Parcela 5
2,53
n.d.
0,85
4,63
2,27
0,24
3,20
0,90
0,47
n.d.
n.d.
0,91
Tabla 2. Concentraciones de nutrientes (mg L-1 ) en las parcelas situadas bajo la Rambla de Miranda. AS:
Agua Superficial; SS: Solución del suelo; ASS: Agua Subsuperficial; n.d.: no detectado;
n.s.: no muestreado. PRS: Fósforo Reactivo Soluble.
Julio-02
-
NH4
PRS
NO3
NH4
PRS
NO3
NH4+
PRS
n.d.
0,40
281,9
n.d.
0,2 7
38,4
n.d.
1,07
110,6
n.d.
1,73
241,1
n.d.
0,37
97,9
0,32
0,92
4,6
n.d.
1,18
n.s.
n.s.
n.s.
111,6
AS Parcela 6
-
+
Julio-03
NO3
NH4
+
Marzo-03
PRS
NO3
Rambla de
Miranda
Noviembre-02
-
+
-
SS Parcela 6
53,0
2,25
2,40
226,7
n.d.
0,66
61,6
n.d.
1,89
n.s.
n.s.
n.s.
ASS Parcela 6
n.s.
n.s.
n.s.
83,7
0,11
0,62
10,5
n.d.
2,20
65,48
n.d.
1,5 0
AS Parcela 7
83,5
n.d.
0,53
77,9
n.d.
0,36
138,8
n.d.
1,81
n.s.
n.s.
n.s.
SS Parcela 7
n.s.
n.s.
n.s.
43,3
n.d.
1,77
129,9
n.d.
1,25
n.s.
n.s.
n.s.
ASS Parcela 7
5,8
n.d.
0,32
50,8
n.d.
0,23
107,3
n.d.
0,85
57,59
n.d.
0,72
AS Parcela 8
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
SS Parcela 8
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
1,29
n.d.
1,24
n.s.
n.s.
n.s.
ASS Parcela 8
29,2
n.d.
0,37
26,2
n.d.
0,31
24,50
n.d.
0,70
34,03
n.d.
1,38
AS Parcela 9
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
SS Parcela 9
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
n.s.
ASS Parcela 9
4,9
n.d.
0,38
6,0
n.d.
0,66
10,02
n.d.
0,62
9,03
n.d.
0,95
AS Parcela 10
6,1
n.d.
1,07
5,4
n.d.
1,43
2,28
n.d.
0,33
4,78
n.d.
3,78
SS Parcela 10
17,6
n.d.
2,90
6,4
n.d.
3,00
4,26
n.d.
1,06
n.s.
n.s.
n.s.
5,1
n.d.
0,96
0,1
n.d.
0,71
7,87
n.d.
0,47
4,18
n.d.
1,31
ASS Parcela 10
1200
mg P/Kg
1000
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Figura 3. Niveles de P total en las parcelas de muestreo.
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