Materiales necesarios para el Monitoreo Biológico:
Redes tipo D
Pinzas
Lupas
Bandejas plasticas
Claves para identificar Macroinvertebrados
Opciónal:
Frascos y alcohol
Monitoreo Biológico
El monitoreo biológico se refiere al muestreo de macroinvertebrados acuáticos (insectos acuáticos, cangrejos, etc.) para estudiar la calidad del agua de una quebrada. En nuestro estudio, los factores biológicos están registrados en la Hoja de Evaluación de Quebradas #3. La diversidad y la abundancia de macroinvertebrados acuáticos así como la abundancia de algas, macrofitos (plantas acuáticas), y peces son evaluados. Los macroinvertebrados son usados como indicadores de calidad del agua por varias razones:
Su período de vida es lo suficientemente largo como para ser afectado por las condiciones de la calidad del agua.
Están relativamente inmóviles.
Tienden a formar distintas comunidades que están asociadas con condiciones físicas y químicas muy particulares.
Son fáciles de recolectar.
En la evaluación de la calidad del agua, el concepto de diversidad se usa para indicar que un sistema está saludable puede ser aplicado. Diversidad es el número de diferentes tipos (taxa) de organismos. Una quebrada saludable posee gran cantidad de taxa y no gran cantidad de individuos de pocos taxo. Muchas familias de invertebrados son muy sensibles a los cambios ambientales y su presencia o ausencia es ser un buen indicador de la condición de la quebrada. La abundancia (el número de individuos total) de macroinvertebrados no sirve como un buen indicador de la calidad del agua debido a que las especies tolerantes a la contaminación a menudo se presentan en grandes números. Por lo tanto, es necesario poner atención en la estructura de la comunidad total y en los cambios que ocurren con el tiempo. La Tabla 2 lista los cambios típicos en las comunidades de marcoinvertebrados cuando cambia la calidad del agua.
Tabla 2. Respuestas Típicas de Las Comunidades de Macroinvertebrados a Varias Tensiones
Tensión
Número/Biomasa
Diversidad
Substancia tóxica
Se reduce
Se reduce
Cambio de temp. severo
Variable
Se reduce
Sedimento
Se reduce
Se reduce
pH bajo
Se reduce
Se reduce
Enriquecimiento orgánico
Aumenta
Se reduce
Fuente: Klemm, et al. 1990
La identificación taxonómica de los macroinvertebrados a nivel de orden es muy útil, aunque puede ser difícil. Sin embargo, con observar simplemente los diferentes grupos funcionales que están representados en una quebrada se puede conocer mucho sobre su condición. Un grupo funcional se refiere a grupos que juegan papeles específicos en el ecosistema acuático basados en sus estrategias de alimentación. Por ejemplo, la presencia de larvas de Trichoptera que usan finas telas para capturar su alimento, indican que la sedimentación en la quebrada es mínima. De otro modo, sus telas se bloquearían con sedimento y no podrían obtener su alimento.
Muestreo
Una red de marco "D" es usada para recolectar macroinvertebrados acuáticos. Haga el muestreo de un rápido, de pozas, y de orillas de una quebrada. Un esfuerzo de muestreo constante puede realizarse muestreando las áreas de rápidos y de pozas por unos cinco minutos. Cuando esté haciendo el muestreo en las áreas de rápidos, mueva el substrato frente a la boca de la red, aflojando el material de las partes de arriba y de abajo de las rocas para que los insectos sean arrastrados hasta.
Cuando realice el muestreo en las áreas a lo largo de los bancos, mueva la red desde el fondo hacia la superficie, moviendo la vegetación, si la hay. Para substrato lodosos, mueva la red contra corriente a lo largo del fondo. Recuerde enjuagar el fondo de la red sumergiéndola parcialmente en el agua (no permita que el agua corra por encima de la red) para poder enjuagar el sedimento fino de la red y evitar que se escapen los organismos (Adopt-a-stream 1994). El contenido de la red debe ser colocado en la bandeja plástica de donde se va a remover el material orgánico y así recolectar todos los macroinvertebrados. Mantenga agua en el recipiente para ver mejor los organismos. Si hay poco tiempo, el contenido de la red puede ser vaciado dentro de una bolsa plástica, para ser trabajado en el colegio.
Identifique los insectos a nivel de orden y de familia (cuando sea posible) utilizando la clave de macroinvertebrados y la Guía de los Organismos Comunes de las Aguas Dulces de Costa Rica de Carlos de la Rosa. Anote el nombre del orden y el número de organismos encontrados en la Hoja de Evaluación #2. Esta información puede ser usada para detectar cambios en la composición de la comunidad y para identificar cuáles organismos son comunes en la quebrada. Actualmente, no hay una guía de macroinvertebrados de Costa Rica que indique cuáles organismos, si estuviesen presente, reflejarían la pobre o la buena calidad del agua. Sin embargo, la recolección de datos de macroinvertebrados por grupo puede utilizarse para el desarrollo de una clave de identificación.
Evaluación Química
Materiales necesarios para la Evaluación Química
Equipo de evaluación de aguas (con químicos extra)
Botellas extra para colectar agua
Balde con cuerda
Opciónal:
tabla con prensa
cronómetro
Las pruebas químicas son utilizadas por los ecólogos acuáticos para determinar la condición del agua en una quebrada en un momento dado. Cuando se usan análisis químicos junto con indicadores biológicos y físicos, se puede obtener un cuadro más completo de qué; factores influyen la calidad del sistema acuático. Las pruebas químicas que vamos a usar en nuestro estudio son: pH, oxígeno disuelto, nitrato, amonio, fosfato, y cloro.
Algunos lineamentos, para el análisis químico y para ayudar a mantener la consistencia de la muestra, incluyen:
Recolectar las muestras a la misma hora del día, cada mes. Algunas propiedades químicas pueden ser diferentes dependiendo de la hora del día.
Obtener las muestras del centro de la quebrada o río, lejos de las orillas o de los bancos de arena.
Enjuagar el equipo (v.gr., tubos de ensayo, etc.) varias veces con agua de la quebrada antes de tomar la muestra.
Recuerde que un mg/l (miligramo por litro) = una ppm (parte por millón).
Recuerde: si se obtiene un valor de O mg/l, no necesariamente significa que el equipo no funcionó o que la sustancia química no está presente en la quebrada. Esta medición significa que el químico existe en cantidades muy bajas, y no puede ser detectado con el equipo.
Registre los datos en la hoja de evaluación #1.
Existen tres pruebas que DEBEN ser realizadas en el sitio de muestreo. Ellas son:
temperatura
pH
oxígeno disuelto.
Evaluaciones de nitrato, fósfato, amonio y cloro pueden ser conducidos en la clase con agua de la quebrada. La siguiente información detalla las pruebas químicas, los mé;todos para dirigir los análisis y las té;cnicas para evaluar los resultados.
Temperatura
La temperatura influye en muchos aspectos de un ecosistema, por ello es un componente vital para la sobrevivencia de los organismos (como insectos, peces, camarones, etc.). La temperatura afecta la tasa fotosinté;tica de las plantas, las características reproductivas y de alimentación de los organismos acuáticos, y sus tasas metabólicas. La temperatura tambié;n afecta el nivel de saturación de oxígeno en el agua. Debido a que los gases se disuelven más rápidamente en agua fría, las altas temperaturas pueden reducir la cantidad de oxígeno disponible para los organismos.
Medición de la Temperatura (Ver Apéndice lA)
Niveles Significativos de Temperatura La ausencia de vegetación ribereña, o la extracción de escombros de madera, muy a menudo aumentan la temperatura del agua, debido a que se remueve el dosel quedando la quebrada expuesta a la luz directa. La escorrentía desde el pavimento y tierras alrededor pueden tambié;n aumentar la temperatura. La erosión del suelo contribuye a aumentar la temperatura del agua al incrementar la cantidad de sólidos suspendidos, los cuales absorben la luz solar y calientan el agua.
Las altas temperaturas resultan en niveles bajos de oxígeno disuelto en aguas con poco movimiento. El problema se presenta cuando los organismos mueren, y las bacterias y los hongos que descomponen el material orgánico usan el oxígeno reduciendo aún más la cantidad de este en el sistema. Este proceso es llamado eutroficación. Otro efecto indirecto del aumento de la temperatura es que los peces y los insectos se vuelven más vulnerables a enfermedades y a toxinas.
pH
El agua está compuesta de iones de hidrógeno (H+) y de hidróxido (OH-). El pH, o potentia hidrogenii, indica la concentración de iones de hidrógeno en el agua, siendo una de las pruebas más comúnmente usadas en el análisis de aguas. El pH regula muchos de los procesos químicos y fisiológicos del sistema. La escala del pH oscila entre O y 14. El valor de "7" representa a una solución neutra, un valor menor de 7 indica una solución ácida, y un valor mayor de 7 representa una solución básica. El ácido de batería tiene un pH de 0.5, comparado con el cloro que tiene un pH de 12.9.
Medición del pH (Ver Apé;ndice lB)
Recuerde que cada unidad que cambia el pH, representa un cambio de 10 veces en la acidez. Por ello, una quebrada con pH 5 es 100 veces más ácida que una con pH 7.
Niveles significativos del pH
El ámbito del pH para la mayoría de organismos acuáticos es de 5.6 a 8.5. Los niveles normales del pH varían dependiendo de la entrada de minerales al sistema. Un pH bajo puede ser el resultado de la lluvia ácida, causada por las emisiones de automóviles y plantas elé;ctricas alimentadas con carbón, o actividad volcánica. El agua con un pH ácido puede ser perjudicial para los organismos acuáticos, afectando especialmente a los invertebrados y a los embriones de los peces.
Oxígeno Disuelto
Los organismos acuáticos requieren de oxígeno para sobrevivir al igual que los animales terrestres. El oxígeno disuelto es considerado el factor ambiental más importante para la sobrevivencia, crecimiento y reproducción de los organismos acuáticos. El oxígeno entra al agua por medio de la atmósfera o como producto de la fotosíntesis de las plantas, algas, y fitoplancton. El oxígeno utilizado por organismos acuáticos es un gas, y no es parte del oxígeno en la molé;cula del agua (H 2 0). La temperatura y velocidad del agua, y el viento juegan papeles importantes en la cantidad de oxígeno que entra al sistema acuático desde la atmósfera. El oxígeno se disuelve mejor en el agua fría que en agua cálida. La aeración del viento, y la turbulencia pueden incrementar la distribución del oxígeno a lo largo del sistema.
Los organismos tienden a incrementar su actividad metabólica en aguas cálidas, requiriendo de más oxígeno para mantener su metabolismo. Por eso, niveles bajos críticos de oxígeno ocurren a menudo durante los meses más cálidos del verano. (Vea la sección de. temperatura para una explicación más detallada).
Medición del Oxígeno Disuelto (Ver Apéndice le)
Niveles Significativos de Oxígeno Disuelto
La cantidad de oxígeno requerido por un organismo varía de acuerdo a la especie y a la etapa de vida. Sin embargo, los sistemas que contienen niveles de oxígeno disuelto de menos de 5 ppm no pueden contener una alta diversidad de organismos acuáticos. La mayoría de los peces requieren niveles de 5 a 6 ppm para su crecimiento y actividad.
El nivel de oxígeno puede combinarse con la temperatura para evaluar el porcentaje de saturación. Este dato puede determinarse usando el cuadro de porcentaje de saturación. Para determinarlo, dibuje una línea conectando la temperatura y el nivel de oxígeno disuelto. Registre el valor donde la línea cruza la barra de porcentaje de saturación. Ese valor es el porcentaje de saturación. Si el nivel es mayor al 90%, se considera que el sistema contiene un abastecimiento adecuado de oxígeno disuelto. Sin embargo, niveles de saturación menores al 90% indican los impactos de otras influencias, tales como la presencia de basuras provenientes de plantas, animales u otro tipo de organismos. Una razón para que los niveles de oxígeno disuelto esté;n reducidos, es como resultado de la descomposición de algas luego de fuertes florecimientos provocados por entradas de nutrimentos.
Cloro
El cloro es utilizado en el tratamiento del agua potable y piscinas ya que mata los microorgamsmos que causan enfermedades. Cuando el cloro es aplicado al agua una hidrólisis (la separación de componentes al retirar elementos del agua) ocurre lo cual forma el cloro libre. El cloro libre reacciona fácilmente con amonio y algunos componentes de nitrógeno para formar cloro total. El agua de desecho que ha sido tratada con cloro en instalaciones sanitarias contiene cloro total.
Medición del cloro (Ver Apé;ndice ID)
Niveles Significativos de Cloro
Debido a que el agua potable y el agua de desecho en muchas zonas rurales de Costa Rica no son tratados, el nivel normal de cloro total y libre se supone debe ser O mg/l.
Nutrimentos
El nitrógeno (N) y el fósforo (P) son nutrimentos que se presentan naturalmente en sistemas acuáticos y son requeridos por plantas y microrganismos para crecer y desarrollarse. Las plantas requieren N y P en cantidades relativamente grandes, pero estos dos elementos son por lo general muy escasos en la naturaleza. Sin embargo, existen algunas bacterias y plantas que pueden cambiar los compuestos inorgánico s de N y P a compuestos orgánicos, que otros organismos pueden utilizar.
Estos nutrimentos ocurren en concentraciones más bajas en los trópicos que en sistemas templados. Una de las teorías que explican este fenómeno liga las concentraciones de nutrimentos bajas encontradas en quebradas y ríos tropicales al nivel reducido de nutrimentos encontrado en suelos tropicales. Además, los nutrimentos que se encuentran disponibles son utilizados mas rápidamente, debido a las temperaturas cálidas que aumentan las tasas metabólicas.
Las fuentes externas de nitrógeno y fósforo tambié;n aumentan la concentración de nutrimentos en una quebrada. Algunas de estas fuentes son: excrementos, materia orgánica descompuesta, y la escorrentía que lleva los fertilizantes del suelo al río. En el área de Sarapiquí, concentraciones altas de nutrimentos pueden ocurrir cuando "filtraciones geotermales" entran al sistema. Los aportes geotermales aumentan el contenido iónico y los niveles de nutrimentos (particularmente fósforo) en la quebrada.
Nitrógeno
A pesar que el N es muy abundante en la naturaleza (aproximadamente entre 78% y 80% del aire es N) muy pocos organismos pueden usarlo o fijarlo en esta forma libre (excepto por algunas bacterias y las algas verdiazules, o Cyanophyta). El resto de los organismos obtienen N a travé;s de compuestos como amonio (NH4+), nitritos (N02-) y nitratos (N03); estos compuestos pueden ser creados por reacciones elé;ctricas (como rayos), emitidos por fijadores de N o por materia orgánica en descomposición. Los nitritos son escasos en la naturaleza, mientras que los nitratos son abundantes. Para el propósito de nuestro estudio, nos enfocaremos en el nitrógeno en la forma de nitrato y amonio.
El nitrógeno en la forma de amonio, (NH4+), es encontrado en el excremento de los animales y en otros desechos. Se transforma en nitrato, (N03-), a travé;s de la descomposición orgánica. Las plantas y algas pueden incorporar el nitrato dentro de su citoplasma (el líquido dentro de la cé;lula) y usar el nitrógeno para producir proteínas.
Medición del Nitrato (Ver Apéndice lF)
Niveles Significativos de Nitrato
Las altas tasas de nitrificación del suelo producen altas concentraciones de nitrato, puesto que es soluble, se filtra hacia las quebradas junto con las partículas de suelo cuando llueve (Paaby-Hansen 1988). Aún en quebradas sin perturbar en las tierras bajas de Costa Rica, una concentración normal de nitrato podría ser entre 0.050-0.100 mg/l. Sin embargo, estas altas concentraciones son aún muy bajas para ser detectadas con el equipo co1orimétrico.
Concentraciones más altas de nitrato pueden ser vistas cuando un área acaba de ser limpiada para pasto y los nutrimentos del suelo se lavan hacia la quebrada. Comúnmente, un tiempo despué;s de que la tierra. ha sido limpiada y si se le permite recuperarse, no se detectarán incrementos en los niveles de nitrato, ya que la capa de suelo que contenía los nutrimentos ha sido removida. Si la tierra se ha usado para ganado, los niveles de nutrimentos pueden aumentar (Paaby, como pers.).
Entre las fuentes antropogé;nicas de nitritos y nitratos más importantes se encuentran las descargas de aguas negras o aguas sin tratar, sistemas sé;pticos que funcionan mal, y escorrentía de operaciones pecuarias (como lecherías) (de la Rosa 1994).
Amonio
El amonio es producido por las excretas de los organismos acuáticos, por la descomposición de materias fecales y por la hidrólisis de la úrea. Cuando las plantas o los organismos mueren, las bacterias rompen las grandes molé;culas de proteínas y forman amonio. Muchas plantas, para formar sus compuestos orgánicos, prefieren utilizar amonio en vez de nitrato porque consumen menos energía. Una fuente artificial de amonio son los fertilizantes. Una característica importante del amonio es su alta solubilidad.
Medición del Amonio (Ver Apéndice 1D)
Niveles Significativos del Amonio
El amonio se presenta, normalmente, en los sistemas acuáticos en bajas concentraciones. Sin embargo la adición de grandes cantidades de materia en descomposición puede elevar el nivel del amonio en la quebrada. Concentraciones mayores a 0.25 mg/l pueden afectar el crecimiento de los peces u otros organismos. Concentraciones mayores a 0.5 mg/l son consideradas letales para el sistema (Adopt-A-Stream 1994).
Fosforo
El fósforo es encontrado en las quebradas y los ríos en forma de fosfatos (HP0 4 3) - ortofosfatos, polifosfatos, y fosfatos orgánicos. El fósforo es un nutrimento esencial para el crecimiento de las plantas y para las reacciones metabólicas en plantas y animales. El fosfato libre es rápidamente utilizado por los algas y las plantas acuáticas o se une con las partículas del suelo, aluminio, etc., y no puede ser utilizado excepto por plantas arraigadas al sedimento. Por consiguiente, el fosfato es a menudo catalogado como un factor limitante para el crecimiento de organismos en el sistema acuático.
En nuestro estudio, estaremos determinando la concentración de ortofosfato. El ortofosfato es una de las formas más importantes de fósforo porque puede ser asimilado fácilmente por las plantas acuáticas y el fitoplancton. Los aportes naturales de ortofosfato ocurren a travé;s de:
mineralización (conversión a minerales) de materiales orgánicos, a travé;s de la erosión de partículas de roca,
ceniza de incendios forestales, o
erupción de material volcánico.
La participación del hombre incluye los fertilizantes y detergentes que contienen fósforo.
Medición del Fosfato (Ver Apéndice lE)
Niveles Significativos de Fosfato
El fosfato ha sido catalogado como un factor limitante en el crecimiento de los organismos en los sistemas acuáticos, y normalmente es encontrado en concentraciones bastante bajas (menos de 0.1 mg/l).
Las fuertes precipitaciones o la limpieza de vegetación para pasto pueden resultar en un incremento en los niveles de fosfato. Mientras el suelo se erosiona y es lavado hacia la quebrada, é;ste transporta ortofosfato, el cual va adherido a las partículas del suelo, aumentando así la concentración de fosfato en la quebrada. Actividades de construcción, mezclan los sedimentos del fondo liberando el fosfato que estuvo anteriormente atrapado en el sedimento, resultando en un incrementos en los niveles de fosfato. Fuentes antropogé;nicas normalmente consisten en desechos animales, humanos, e industriales.
Los altos niveles de fosfato en el área de Sarapiquí pueden estar ligados a aportes geotermales. Las quebradas con influencia geotermal contienen niveles de fósforo que son significativamente más altos que los niveles en las quebradas no geotermales (Pringle 1991).
Los excesos de fósforo libre en el agua pueden causar lo que se conoce como "eutroficación cultural". Florecimiento de algas occurren como resultado de los elevados niveles de fósforo (de la Rosa 1994). El problema se presenta cuando el fitoplancton y las plantas mueren y empiezan a descomponerse, reduciendo la cantidad de oxígeno disuelto en el agua.
