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Indice fisicoquimico de la calidad de agua para el manejo de lagunas tropicales de inundacion.

Los sistemas tropicales con agua dulce estacional (pantanos, esteros y charcas estacionales, llanuras inundables, lagunas de carga y descarga de acuiferos y humedales boscosos de agua dulce), como los del Parque Nacional Palo verde (PNPv), en Guanacaste, Costa Rica, son ecosistemas muy productivos. Su biomasa es importante para la conservacion de numerosas especies vegetales y animales. Contribuyen al desarrollo sostenible de la zona al: preservar una alta biodiversidad en flora y fauna silvestres (inclusive de especies migratorias), ofrecer proteccion contra la erosion, mitigar las inundaciones y, favorecer la recarga de acuiferos subterraneos, la purificacion del agua y la estabilizacion de las condiciones de lluvia y temperatura locales. Ademas, generan beneficios economicos como un habitat rico para el crecimiento de peces, la posibilidad de pastoreo estacional de ganado y el impulso de opciones de recreacion y turismo (UICN 2002).

En 1991, el sistema de lagunas estacionales de Palo verde, fue designado sitio de importancia internacional por la Convencion de Humedales Ramsar (Ramsar 1998) y en el ano 2000, se establecio en su colindancia el sector de regadio de Tamarindo (SRT), como parte del Distrito de Riego Arenal - Tempisque (DRAT). El SRT ha contribuido al desarrollo agricola, pero puede llegar a ser una amenaza, porque sus aguas de escorrentia y drenaje ingresan a la laguna La Bocana dentro del PNPv.

El riesgo de contaminacion asociado con las actividades antropogenicas en el SRT, genera la necesidad de administrar los caudales y de idear un instrumento, para dar seguimiento a la calidad de las aguas en los canales de retorno y en la citada laguna y asi, prevenir o aminorar modificaciones graves en este ecosistema. La importancia de este instrumento es significativa, porque adicionalmente, seria util para evaluar y comparar otras lagunas de inundacion en el tropico.

La aplicacion de indices de calidad del agua (ICA), es una metodologia que aporta informacion reproducible sobre los atributos del agua y, una alternativa para dictaminar un cuerpo de agua sin recurrir a recopilaciones estadisticas de las tendencias, variable por variable y sitio por sitio.

Los ICA resumen y simplifican, en un unico valor numerico, el cumulo de informacion disponible sobre la calidad del agua. Estos indices facilitan el manejo de datos, evitan que las fluctuaciones en las mediciones invisibilicen las tendencias ambientales y permiten comunicar, en forma simple y veraz, la condicion del agua para un uso deseado o efectuar comparaciones temporales y espaciales entre cuerpos de agua (House 1990, Alberti y Parker 1991). Por lo tanto, resultan utiles o accesibles para las autoridades politicas y el publico en general.

Los ICA presentan desventajas como la perdida de informacion respecto a las variables individuales y su interaccion, la falta de ajuste a diferentes tipos de ecosistemas y la sensibilidad de los resultados a la forma en que el indice fue elaborado (problemas de ambiguedad, eclipsamiento y rigidez) (Swamee y Tyagi 2007).

Existen ICA construidos a partir de parametros fisicoquimicos, que varian segun la naturaleza del cuerpo de agua, el posible uso del agua, las condiciones climaticas y geologicas de la region y el criterio de expertos (Couillard y Lefebvre 1985, House 1990, Boyacioglu 2007). Los datos fisicoquimicos permiten analizar las causas del problema, pero exigen una frecuencia de muestreo apropiada, pues indican una condicion puntual del agua. Ademas, esta el grupo de indices biologicos de calidad del agua, en los cuales se registra la abundancia y la diversidad de ciertos organismos, especialmente macroinvertebrados bentonicos. Estos permiten, a partir de su tolerancia particular a la contaminacion, estimar el efecto acumulado de las intervenciones humanas en el ambiente a lo largo del tiempo (Astorga 1994, Figueroa et al. 2007).

En general, el desarrollo de ICA se ha enfocado principalmente al estudio de rios o corrientes y falta investigacion sobre lagunas de inundacion, donde la diversidad en la naturaleza de estos ecosistemas dificulta el desarrollo de indices biologicos. Particularmente, en las lagunas con un bajo porcentaje de oxigeno disuelto y limitada biodiversidad de organismos, los indices fisicoquimicos pueden ser un instrumento mas confiable para determinar el ingreso de agentes contaminantes.

En la zona del DRAT, se han evaluado las corrientes de agua dulce y de los canales mediante el indice de calidad del agua para la vida acuatica (ICA-vA) (RodriguezUlloa 1996) y varios indices biologicos (RizoPatron 2003). El ICA-vA, obtenido a partir de variables fisicoquimicas, no considera las particularidades asociadas con el estudio de ecosistemas como las lagunas de inundacion de agua dulce, pues se diseno para el seguimiento de los rios afectados por el distrito de riego. De los indices biologicos, resulto mas apropiado el Biological Monitoring Working Party modificado por Springer, para las familias de macroinvertebrados presentes en Costa Rica. Sin embargo, este indice disenado para la evaluacion de rios, aunque efectivo en la evaluacion de los canales de retorno del regadio, no tuvo un desempeno adecuado para predecir los efectos de las actividades productivas, en las lagunas de inundacion con un porcentaje de saturacion de oxigeno bajo, donde la biodiversidad de macroinvertebrados bentonicos era reducida (Rizo-Patron 2003).

El objetivo de este trabajo fue disenar y construir un ICA fisicoquimico, como instrumento para evaluar la condicion del agua de las lagunas de inundacion de agua dulce tropicales y de los canales de regadio, para el sostenimiento de la biodiversidad y el desarrollo de la vida acuatica, cuando se tienen riesgos de degradacion debidos a practicas agropecuarias.

MATERIALES Y METODOS

Para construir el indice de calidad del agua para el manejo de lagunas de inundacion de agua dulce (ICA-L), se siguio el siguiente procedimiento: seleccion de las variables por analizar, definicion de su ponderacion, transformacion de las diferentes mediciones en un puntaje relacionado con la calidad del agua y la integracion de los puntajes en un valor numerico o indice, que se asocia con una categoria o juicio acerca de la utilidad del agua. Los puntajes de calidad se obtuvieron a partir del uso de graficas de variacion de la calidad o la creacion de funciones de calificacion.

En la seleccion y ponderacion de las variables del ICA-L y en la estimacion de cada puntaje, se consideraron las siguientes referencias: el indice de calidad del agua de la National Sanitation Foundation (ICA-NSF) modificado por Deininger (1980); el ICA desarrollado para la cuenca del rio Des Moines River en el centro de Iowa (Kahler-Royer 1999); el ICA para aguas superficiales comentado por Escribano y De Frutos (1987) y su relacion con los efectos antropogenicos; la comparacion con los limites maximos permitidos en el agua, en funcion de su uso para sostener la vida acuatica definidos en legislacion internacional (EPA 1986, 2000, 2002) y los criterios desarrollados en el transcurso de la investigacion.

Seleccion de las variables y manejo de sustancias toxicas: Las variables se escogieron considerando como prioridad el sostenimiento de la biodiversidad y el desarrollo de la vida acuatica en el cuerpo de agua, como factores de riesgo las practicas agropecuarias (Rickert 1993) y como ecosistema meta, las lagunas tropicales de inundacion y los canales de regadio cercanos. A partir de estos criterios se seleccionaron las siguientes variables: porcentaje de saturacion de oxigeno disuelto (st [O.sub.2]), concentracion de solidos suspendidos (SS), pH, concentracion de nitratos (NO3), concentracion de fosforo total (P total), demanda quimica de oxigeno (DQO), conductividad electrica (Ct) y temperatura (T). Ademas, el indice se fija automaticamente en cero, si la concentracion de alguna sustancia toxica excede el limite maximo permitido.

Factores de ponderacion: La ponderacion de cada variable incorporada corresponde a su repercusion en la capacidad del agua para sostener la vida acuatica en las lagunas de inundacion. Estos factores de ponderacion se ajustaron con base en los pesos del ICA-NSF mencionados por Deininger (1980), excluyendose el peso del conteo de coliformes fecales (0.16). Ademas, las ponderaciones individuales de la turbiedad (0.07) y de los solidos totales (0.08) se integraron en la de los solidos suspendidos. En el caso de la conductividad se asigno un factor de 0.08. Finalmente, la diferencia con la unidad (0.08) se distribuyo de manera proporcional entre los factores de ponderacion establecidos como punto de partida.

Funciones de calificacion: Los puntajes asociados con los solidos suspendidos se obtuvieron de la grafica de variacion de la calidad expuesta por Kahler-Royer (1999). Las valoraciones del pH y de la concentracion de nitratos se extrajeron de las graficas construidas para el ICA-NSF (Deininger 1980).

El porcentaje de saturacion del oxigeno disuelto, en sitios como los canales del regadio, se evaluo directamente de la grafica de variacion de la calidad construida para el ICA-NSF; en tanto que, para las lagunas de inundacion se requirio hacer ajustes a dicha grafica, con base en el valor optimo para ecosistemas similares no expuestos a contaminacion.

La conductividad se evaluo a partir de ajustes en las funciones de calificacion comentadas por Escribano y De Frutos (1987). La demanda quimica de oxigeno, el fosforo total y la temperatura, se calificaron con base en funciones desarrolladas para el ICA-L.

RESULTADOS

Graficas de calidad y funciones de calificacion desarrolladas para el ICA-L: La calidad del agua para el manejo de lagunas de inundacion en relacion con la demanda quimica de oxigeno y el fosforo total, se analizo con base en las concentraciones limite establecidas a partir de criterios de sostenibilidad ambiental y, la temperatura, de acuerdo con la adaptabilidad de las especies a las condiciones ambientales del ecosistema de interes.

En el Cuadro 1 se resumen los puntos y los criterios de evaluacion escogidos para las tres variables citadas. Con los puntos definidos para cada variable se genero una curva de mejor ajuste (Fig. 1). Estas curvas se dibujaron siguiendo el perfil de las graficas de calidad de la demanda biologica de oxigeno (DBO) y de la concentracion de fosfatos que se desarrollaron al crear el ICA-NSF y, una distribucion normal para la temperatura. Lo anterior, permitio deducir las funciones de calificacion que se presentan en el Cuadro 2.

Las funciones de calificacion se utilizan para calcular el puntaje asociado con cada medicion efectuada en los puntos de muestreo, dentro del ambito de aplicacion indicado para cada variable.

Ecuacion de calculo del ICA-L: La integracion del valor numerico del ICA-L se efectuo a partir del calculo de un producto ponderado y se evaluo con base en los puntajes de las variables incluidas, definidos dentro de una escala de uno a cien, segun la ecuacion:

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII.]

Donde Q, corresponde al puntaje de cada propiedad designada por el subindice.

[FIGURA 1 OMITIR]

La relacion entre el ICA-L y la calidad del agua de las lagunas tropicales de inundacion para el sostenimiento de la vida acuatica, se resume en el Cuadro 3, que es una modificacion de la propuesta de House (1990). Un ICA-L igual a cien define el agua como de excelente calidad y un resultado de uno, indica que el agua de la laguna de inundacion no es apta para el mantenimiento de la vida acuatica.

DISCUSION

Variables evaluadas segun las graficas de calidad de indices previos Porcentaje de saturacion de oxigeno disuelto: Esta variable se incluye en este y en otros indices con una alta ponderacion, porque define en gran parte la biodiversidad y la supervivencia de la comunidad biotica.

La mayoria de los peces toleran una concentracion baja de oxigeno disuelto por cierto periodo de tiempo. Sin embargo, reducciones por debajo del porcentaje de saturacion generan efectos negativos sobre la biodiversidad, el crecimiento, la reproduccion y la actividad de estos.

El oxigeno disuelto determina si en los procesos de degradacion dominan los organismos aerobios o los anaerobios, lo que marca la capacidad del agua para llevar a cabo procesos de autopurificacion. Ademas, si su concentracion es muy baja contribuye a que los organismos sean mas susceptibles al envenenamiento con metales pesados y plaguicidas (Gaunt y Barker 2000).

La medicion del oxigeno disuelto como porcentaje de saturacion, facilita la comparacion de sitios con distintas temperaturas, presiones o salinidades (Chapman 1996). La grafica de calidad del porcentaje de saturacion de oxigeno disuelto en el ICA-NSF se ajusta, en general, a la realidad de las especies tropicales, donde el porcentaje ideal para muchos peces es mayor a 67 %, mientras que las concentraciones de oxigeno disuelto menores a 55%, afectan adversamente la biodiversidad y la supervivencia de la comunidad biotica. Tambien, concentraciones superiores a 100 % de saturacion de oxigeno disuelto resultan peligrosas para la vida acuatica, pues facilitan que burbujas de oxigeno bloqueen el flujo sanguineo (Chapman 1996).

Solidos suspendidos: Esta variable se incorporo en el ICA-L para evaluar el efecto sobre el agua, de la erosion ocasionada por las practicas agricolas y el acarreo de material durante la escorrentia de aguas de lluvia o de regadio. Los solidos generan problemas de colmatacion y, la sedimentacion puede formar deltas aguas arriba del reservorio y hasta destruir habitats para los organismos acuaticos al disminuir la columna de agua. Ademas, existe una estrecha relacion entre la concentracion de los solidos suspendidos y la calidad del agua, debido a su capacidad de adsorcion de contaminantes como plaguicidas y nutrimentos, al control que ejercen sobre la turbiedad del agua y a su absorcion de calor que aumenta la temperatura del agua (Dagne et al. 2005).

El analisis de la concentracion de los solidos suspendidos es preferible a la de los solidos sedimentables de otros indices, pues la disminucion en la velocidad del flujo y la presencia de las plantas acuaticas en las lagunas de inundacion, logran la remocion no solo de los solidos sedimentables, sino de hasta el 90 % del material suspendido (Rodriguez 1995).

La integracion de la ponderacion individual de la turbiedad y la de los solidos totales del ICA-NSF, para calcular la ponderacion de los solidos suspendidos, obedecio a su interrelacion directa con la presencia de estos y el efecto acumulativo ejercido sobre las lagunas de inundacion.

pH: Al igual que el porcentaje de saturacion del oxigeno disuelto, el pH es una variable comun entre los ICA, por su potencial como indicador de la calidad del agua en general, del grado de afectacion de esta por agentes contaminantes y de la extension de una estela de contaminacion producida por la descarga de un efluente.

Los cambios en el pH pueden indicar el ingreso de fertilizantes, particularmente cuando se registran mediciones continuas junto con la conductividad del cuerpo de agua y; de procesos de eutrofizacion, si se asocian con los ciclos de fotosintesis y respiracion de las algas. Ademas, el pH afecta la toxicidad de algunos compuestos, como el amoniaco, al controlar su ionizacion, asi como, la disponibilidad biologica de ciertos contaminantes, como los metales pesados.

La grafica de calidad del pH del ICA-NSF muestra que solo en el intervalo de 6.5 a 8.5, el agua es apropiada para la subsistencia de muchos sistemas biologicos. valores mayores a 9.0 y menores de 5.8 producen limitaciones al desarrollo y a la fisiologia de los organismos acuaticos (Chapman 1996). Estas condiciones tambien se cumplen para la biota de las lagunas de inundacion, lo que permitio su uso en el ICA-L.

Nitrato: La concentracion de nitratos, se incluyo en el ICA-L para visibilizar el lavado de fertilizantes y por su capacidad para favorecer los procesos de eutrofizacion antropogenica. En algunas ocasiones, cuando se tienen pH basicos, puede resultar conveniente sustituir esta concentracion por la suma de nitrato y nitrogeno amoniacal, particularmente en condiciones anaerobias (Cude 2001).

En el indice construido el nitrito se desprecia pues el ecosistema no se asocia a efluentes industriales o de aguas negras. Ademas, el nitrito se convierte a nitrato cuando el oxigeno disuelto alcanza concentraciones tan bajas como 0.3 mg/l (Fuentes y Massol-Deya 2002).

La eutrofizacion antropogenica resulta de importancia en el ICA-L, por estar orientado al analisis de lagunas de inundacion. El ion nitrato, en condiciones naturales, rara vez excede de 0.45 mg NO3/l (Chapman 1996), lo que concuerda con el estudio sobre lagos de Costa Rica de Horn y Haberyan (1993). Concentraciones superiores a 0.9 mg N[O.sub.3]/l en lagos, tienden a estimular el crecimiento de las algas e indicar una posible condicion eutrofica y mayores a 20 mg NO3/l alertan sobre efluentes contaminados (Chapman 1996). Por ello, se ajusto la curva de calidad del ICA-NSF (Deininger 1980) reduciendo de 1.7 a 1.0 mg/l la concentracion de nitrato asociada con un valor de QN[O.sub.3] = 90.

Variables evaluadas segun ajustes en funciones de calificacion

Porcentaje de saturacion oxigeno disuelto en lagunas de inundacion: El analisis del oxigeno disuelto con respecto a la calidad del agua es diferente si se trata de lagunas o de canales de regadio, porque en las cienegas o lagos es normal encontrar una marcada disminucion en el porcentaje de saturacion del oxigeno conforme se desciende desde la capa superficial. Lo anterior, por la mayor demanda microbiana de oxigeno que surge de la acumulacion de material biodegradable en el fondo y por lo lento del flujo del agua que limita la capacidad de intercambio gaseoso con el aire (Lampert y Sommer 1997).

En el caso especifico del ICA-L, se contemplo la condicion normal del humedal en la funcion de calificacion para el porcentaje de oxigeno disuelto. Con este criterio, la curva correspondiente del ICA-NSF se ajusto asignandole, en el eje X de la grafica de variacion de la calidad, a un porcentaje de cinco por ciento el puntaje optimo de 100 (Fig. 2). Dicho valor se obtuvo del porcentaje de saturacion de oxigeno disuelto promedio medido para el seno del agua de la laguna Palo verde (5,0 [+ or -] 1,3 %), ecosistema representativo que no esta expuesto a la influencia de agentes contaminantes.

Conductividad: El ICA-L incorpora la conductividad porque sirve como senal de ingreso de fertilizantes inorganicos y por su relacion con las concentraciones relativas de los iones cloruro, sulfato y potasio. Al obtenerse in situ a muy bajo costo, es un factor que contribuye a dar sostenibilidad a un programa de seguimiento ambiental. Primavesi et al. (2002) senalan a la conductividad como una de las variables que mejor discriminan la calidad del agua, entre los puntos de muestreo y su grado de proteccion hacia alteraciones antropogenicas. En general, se ha empleado como senal para establecer una estela de contaminacion alrededor de un punto de descarga. Se encuentra incluida por ejemplo, en el ICA de la comunidad de Madrid (Escribano y De Frutos 1987) y en el presentado por Said et al. (2004).

El puntaje de la conductividad del ICA-L se definio con base en las funciones de calificacion comentadas por Escribano y De Frutos (1987): [Qsub.Ct-1] = 120 - 0.08 Ct, de 250 a 1000 [micron]S/ cm y [Q.sub.Ct-2] = 80 - 0.04 Ct, hasta 1500 [micron]S/cm. Para valores de conductividad mayores se establecio un puntaje minimo de 20.

Estas funciones se seleccionaron porque se ajustan adecuadamente a la linea base proyectada para el SRT, donde el valor de 250 [micron]S/cm se asocia con agua no contaminada ([Q.sub.Ct] = 100) y, el limite inferior para asignar al agua la categoria regular ([Q.sub.Ct] = 60) corresponde a la conductividad de 750 [micron]S/cm, que coincide segun Escribano y De Frutos (1987), con el limite maximo para el desarrollo apropiado de la piscicultura. Limite asociado al sostenimiento de la vida acuatica, uso pensado para el ICA-L.

[FIGURA 2 OMITIR]

El valor asignado a conductividades superiores a 1500 [micron]S/cm se fijo considerando el ICA-NSF, donde el valor de [Q.sub.SD] permanece constante a partir de una concentracion de solidos disueltos (SD) de 500 mg/l (Deininger 1980, Kahler-Royer 1999). Dicho valor de conductividad, no corresponde exactamente al valor que se obtendria con un factor de conversion respecto a los solidos disueltos entre 0.55 y 0.75 (Garcia et al. 2001), debido a que la posibilidad de un fenomeno de eutrofizacion antropogenica, se evalua tambien en otros factores. A diferencia de otras variables, que ejercen un efecto mas pronunciado en la calidad del agua al alejarse su concentracion del parametro recomendado, se fijo el puntaje minimo en 20, pues las consecuencias sobre la calidad del agua no se acentuan a partir de cierta cantidad de sales disueltas.

Variables evaluadas segun criterios desarrollados para el ICA-L

Temperatura: Se incluyo en el ICA-L debido a que afecta los procesos fisicos (volatilizacion, solubilidad de sales y gases como el oxigeno, estratificacion de estanques), los procesos quimicos (pH, equilibrio de ionizacion o concentracion de amoniaco, velocidades de reaccion) y los procesos biologicos (tasa metabolica, descomposicion de materia organica) y por lo tanto, repercute en el efecto de los agentes contaminantes. Al asociarse el indice al estudio de humedales poco profundos en una zona tropical y afectada por areas de regadio, se favorece la medicion ocasional de valores extremos.

En el ICA-L se considera mas importante el valor absoluto de la temperatura del cuerpo de agua que su cambio entre los sitios de medicion, porque generalmente los muestreos se efectuaron en un intervalo de varias horas, o inclusive de un dia para otro, con alteraciones en la nubosidad y la precipitacion. A pesar de reconocer que se puede dar una contaminacion termica, producto de los espejos de agua poco profundos propios de los sistemas de regadio, el dano ocasionado, al fin y al cabo, dependera de la temperatura que pueda alcanzar el agua.

La estrategia para asignar un puntaje a las diferentes temperaturas medidas (Cuadro 1), se baso en la temperatura promedio del agua en el humedal La Bocana, ecosistema tropical a proteger, durante el tiempo de registro (julio 2002-abril 2004) que fue de 27.2 [+ or -] 1.2[grados]C, condicion a la que las especies propias del lugar estan adaptadas. Y en la maxima variacion en la temperatura diaria obtenida durante cinco dias, que correspondio a 1.4[grados]C. Este factor, permitio evaluar el alejamiento de la temperatura del valor ideal para la biota y por lo tanto, definir las categorias de calidad.

Desde la perspectiva planteada, las temperaturas dentro del ambito 27.2 ??1.4[grados]C, corresponden a una condicion normal para las lagunas de inundacion, razon por la cual se les asigna la categoria de excelente.

El doble de la maxima variacion diaria de la temperatura marca a los valores 30.0[grados]C y 24.4[grados]C, como los limites hasta los cuales la temperatura se asocia con una condicion buena para el ecosistema. Esta decision se tomo por su cercania al parametro de perturbacion maxima aceptable durante 12 horas, establecido en 3[grados]C, cuando se da a lo largo de un periodo de 4 horas (Murphy 2002).

Una alteracion de cinco veces la maxima variacion diaria se considero un estado no conveniente, por lo que las temperaturas 20.2[grados]C y 34.2[grados]C son los valores a partir de los cuales el agua se clasifica como mala. Ademas, se escogio una temperatura de 37[grados]C, diez grados por encima del valor optimo, como el limite a partir del cual el agua se denota como no apta para la vida acuatica.

Los ambitos propuestos guardan relacion con la comunidad biotica de la parte baja del rio Mississippi. Alli, un aumento de 3, 7 y 10[grados]C sobre la temperatura preferida, permite que cerca del 90 %, 55% y 25% de las especies, respectivamente, permanezcan dentro del ambito de condicion optima (Bush et al. 1974).

Fosforo total: El fosforo es un componente esencial del ciclo biologico en los cuerpos de agua y generalmente, es el agente limitante del crecimiento de las algas y plantas acuaticas en humedales de agua dulce, por lo que su concentracion sirve de criterio para reconocer un problema de eutrofizacion de lagos, lagunas o rios y para definir el estado eutrofico de un cuerpo de agua (USDA 1999). Aunque, en lagos de zonas tropicales donde predominan las macrofitas, tiene limitaciones si se considera como criterio unico (Parinet et al 2004).

En areas agricolas, el arrastre del fosforo ligado a las particulas erosionadas de los suelos (introducido por la aplicacion de fertilizantes que contienen ortofosfatos) es la principal fuente de contaminacion. Este efecto se incrementa con ciertas practicas como las quemas y el fangueo.

En las lagunas de inundacion de agua dulce, existen mecanismos para atrapar y reciclar el fosforo organico y el inorganico, asociados a las actividades metabolicas. Este elemento puede ser introducido al cuerpo de agua por la accion bacteriana o cambios en el pH. En condiciones aerobias, se adsorbe o precipita por la formacion de complejos insolubles con las formas oxidadas de hierro (III), calcio y aluminio. Mientras que en un entorno anaerobio y acido, como el que normalmente se encuentra cerca de la capa de sedimentos, una buena parte del fosforo se convierte en una especie soluble, que difunde y pasa a ser utilizable por las plantas (Kadlec y Knight 1996). Por lo tanto, el contenido de fosforo total, da un estimado del fosforo potencialmente disponible y es la determinacion analitica del elemento que mejor se ajusta a la calidad del agua (Parinet et al 2004).

Los ambitos definidos para el fosforo en el Cuadro 1 se construyeron con base en concentraciones limite, establecidas a partir de criterios de sostenibilidad ambiental y de la informacion que se detalla a continuacion.

Excelente, si una corriente de agua tiene concentraciones menores a 50 [micron]g [P.sub.Total]/l. Esta magnitud fue usada en el desarrollo del ICAvA, para definir el agua como muy buena y apta para la vida acuatica (Rodriguez-Ulloa 1996). Ademas, este parametro cumple con la restriccion impuesta por algunos limites de cuantificacion durante el trabajo de campo en el SRT donde se aplico el indice.

De regular a mala, cuando el fosforo total presenta valores de 51 [micron]g/l a 100 [micron]g/l. El criterio se establecio con base en los limites recomendados por la EPA para las aguas de vertido. Segun estos las corrientes al desaguar en un lago o reservorio no deben exceder los 50 [micron]g/l, aquellas que no descargan directamente en estos ecosistemas no han de superar los 100 [micron]g/l y a partir de 100 microng/l de fosforo total, un reservorio se considera en estado hipereutrofico (EPA 2000).

Muy mala, de 101 microng/l a 150 microng/l de fosforo total. El limite superior marca el valor a partir del cual Rodriguez-Ulloa (1996) clasifico el agua como no apta para la vida acuatica.

Demanda quimica de oxigeno: Es un indicador de contaminacion organica, aporta basicamente la misma informacion que la DBO, pero su analisis no requiere inocular las muestras tomadas en ambientes cercanos a anoxia. La diferencia entre los valores de DQO y DBO se origina primordialmente en la estabilidad de los acidos fulvicos y humicos, los que aumentan la DQO pues solo se oxidan en presencia de dicromato. Aunque sus concentraciones dependen de las caracteristicas fisico-geograficas, en condiciones naturales los acidos humicos y fulvicos llegan a constituir hasta 80% de la DQO (Waite 1984).

En las lagunas de inundacion el oxigeno disuelto puede no guardar relacion con la demanda de oxigeno, al encontrarse en concentraciones bajas, sin que esto refleje un ingreso de contaminantes. Por ello, se incluyeron ambas variables en el ICA-L.

Los ambitos de calidad para la DQO del Cuadro 1 se establecieron con base en criterios de sostenibilidad ambiental y la informacion disponible, segun se detalla a continuacion.

Una demanda quimica maxima de 25 mg [O.sub.2]/l, para caracterizar el agua como excelente, se fijo en concordancia con el limite de cuantificacion de los analisis efectuados y el criterio de que este resultado se asocia a agua no contaminada. El intervalo de 26 a 40 mg [O.sub.2]/l, corresponde a una DQO apta para el desarrollo de la piscicultura y, el puntaje de calidad asignado al limite entre el agua de condicion regular y mala (40 mg [O.sub.2]/l) es el presentado por Escribano y De Frutos (1987).

El valor de 151 mg [O.sub.2]/l de DQO con una DBO mayor a 15 mg [O.sub.2]/l, se selecciono al considerar que establece una contaminacion de materia organica tal, que vuelve el agua inapropiada para el funcionamiento del humedal.

La decision de utilizar la funcion de calificacion para calcular el puntaje de la DQO solo si la DBO es superior a los 2 mg [O.sub.2]/l, obedece a que valores de DBO menores identifican aguas muy limpias, con muy poco material biodegradable. Por lo tanto, si los resultados aparecieran alterados, seria por la presencia de acidos humicos y fulvicos, que no ejercen repercusiones importantes en la contaminacion organica y la deflexion del oxigeno disuelto. Agentes toxicos: En estudios ambientales es importante cuantificar y definir el limite maximo permitido para aquellos contaminantes que segun las posibles fuentes se perciban como una amenaza, especialmente tratandose de metales, por no haber mecanismos de eliminacion natural.

En el caso especifico del SRT, contaminantes de interes son el zinc, las grasas y los aceites, por estar asociados a las practicas agricolas del cultivo de arroz.

Aunque las sustancias toxicas, como plaguicidas, grasas y aceites o metales pesados, no se incluyeron explicitamente en la ecuacion del ICA-L, se contemplan mediante el criterio aceptable o inaceptable propuesto por el panel de expertos guiado por la National Sanitation Foundation (NSF) (Deininger 1980).

Zinc: El efecto perjudicial lo causa el ion [Zn.sup.2+] en disolucion, cuya concentracion se relaciona directamente con la del zinc total, mas facil de medir. La toxicidad del [Zn.sup.2+] se origina cuando este desplaza los iones calcio o magnesio y bloquea su accion catalitica, o bien, modifica estructuras celulares vitales. Los iones [Ca.sup.2+] (ac) y Mg2+ (ac) evitan que el [Zn.sup.2+] (ac) sea absorbido por los organismos acuaticos (SSRH 2004), asi a mayor dureza menor es la toxicidad del metal y por ello, el criterio de rechazo del zinc se adapto a la dureza de las aguas del DRAT.

Las funciones para calcular los limites permitidos para el Zn, relacionados con la preservacion de la vida acuatica, segun la dureza del agua, fueron las establecidas por la EPA (2002). En el DRAT, donde la dureza promedio de las aguas fue de 80 ??36 mg CaCO3/l durante la epoca de muestreo, los criterios de rechazo del zinc resultaron ser: 99.3 microng/l, concentracion maxima de zinc total; 97.1 microng/l, concentracion maxima aguda de [Zn.sup.2+] (ac) y 97.9 microng/l, concentracion continua de [Zn.sup.2+] (ac).

Grasas y aceites: Son los contaminantes que han originado los mayores danos ecologicos, al causar problemas tales como: perdida de movilidad en las aves acuaticas, asfixia en los peces y en formas de vida bentonica y mala apariencia del agua (EPA 1986).

El principal problema para fijar los valores de rechazo en este grupo surge de la cantidad de compuestos que engloba. Se han identificado mas de 800 compuestos, con diferencias significativas en sus efectos ambientales. Las concentraciones maximas permitidas para el agua de consumo y la proteccion de la pesca estan generalmente entre 0.01 y 0.1 mg/l. Concentraciones de 0.3 mg/l o mas de aceite crudo causan efectos toxicos en los peces de agua dulce (Chapman 1996).

Al no existir limites definidos, se estimo como valor representativo deseable de rechazo 0.1 mg/l de grasas y aceites, concentracion dentro del ambito en que inician los problemas para las especies mas sensibles, segun los efectos en la biota presentados por EPA (1986).

El indice, su calculo y aplicacion: El ICA-NSF se selecciono como punto de partida para el ICA-L porque ensayos de campo indican que es confiable; incluye varias de las propiedades que usualmente se estudian y, al ser muy utilizado facilita, aunque sea de manera parcial, futuras comparaciones con otras regiones. (Deininger 1980, Kahler-Royer 1999, Swamee y Tyagi 2007).

En el calculo del ICA-L se utiliza el producto ponderado porque evita el eclipsamiento (Couillard y Lefebvre 1985) y concuerda mejor, en ensayos de validacion, con la valoracion de un juego de muestras individuales realizada por expertos (Deininger 1980).

El ICA-L construido permite evaluar la capacidad del agua de las lagunas tropicales de inundacion de agua dulce, para lograr el sostenimiento de la biodiversidad y el desarrollo de la vida acuatica, cuando los peligros surgen por practicas agropecuarias. Esto es debido a la incorporacion de factores especificos como: la puntuacion asignada al porcentaje de saturacion del oxigeno disuelto no superficial en lagunas; la calificacion de la temperatura, la construccion del puntaje para la concentracion de fosforo total con base en los limites recomendados por la EPA para las corrientes que desaguan en un lago o reservorio y, la alta ponderacion de variables como los solidos suspendidos, mientras no se incluyen los solidos sedimentables y los coliformes fecales.

Los agentes toxicos prioritarios y los limites maximos permitidos para el zinc se ajustaron a las condiciones de las lagunas del PNPv y los regadios colindantes. Sin embargo, este aspecto no modifica el interes por lograr un indice de aplicacion general, para definir la calidad del agua en lagunas de inundacion; pues el criterio de fijar en cero el indice si se sobrepasan los limites permitidos para los agentes toxicos, lo deja abierto a las particularidades de cada ecosistema.

AGRADECIMIENTOS

A la Fundacion Costa Rica-Estados Unidos para la Cooperacion, a la Organizacion para Estudios Tropicales (OET) y al Centro de Investigacion en Contaminacion Ambiental (CICA) de la Universidad de Costa Rica, por el financiamiento aportado a este proyecto. A las siguientes personas Eugenio Gonzalez y Jenaro Acuna, por sus oportunas sugerencias y correcciones. A todo el personal de la Estacion Biologica Palo verde y de la OET, particularmente a: Francisco Enriquez, Oscar Arias, Mauricio Castillo, Manuel Blazquez y Marcela Rivera. A Elizabeth Carazo y a todo el personal del CICA, en especial a Katia villalobos, Desiree Sauma y Edipcia Roque por su apoyo en el analisis de las muestras. Y al Servicio Nacional de Riego y Avenamiento (SENARA) por su colaboracion.

Recibido 30-VIII-2007. Corregido 16-VI-2008. Aceptado 16-VII-2008.

REFERENCIAS

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Ana Gabriela Perez-Castillo1, 2 & Alexis Rodriguez2

(1.) Escuela de Quimica, Universidad de Costa Rica, 2060 San Jose, Costa Rica; holagaby@gmail.com

(2.) Centro de Investigacion en Contaminacion Ambiental, Universidad de Costa Rica, 2060 San Jose, Costa Rica; alrodri@racsa.co.cr
CUADRO 1
Criterios de evaluacion y puntajes definidos para la deduccion de
las funciones de calificacion (Q) de las variables DQO, fosforo
total y temperatura

TABLE 1
Evaluation criteria and subindices defined for the deduction
of qualification functions (Q) of DQO, total phosphorus and
temperature variables

                                 Categoria

Variable                   Optima           Excelente

DQO (mg [O.sub.2]/1)                 [menor que o igual a] 25
(Puntaje)                    --               (100)

P total (microng/1)                [menor que o igual a] 50
(Puntaje)                    --               (100)

Temperatura ([degrees]C)    27.2            28.6-25.8
(Puntaje)                  (100)              (95)

                                        Categoria

Variable                     Buena       Regular         Mala

DQO (mg [O.sub.2]/1)              De 26 a 40          De 41 a 60
(Puntaje)                        (De 85 a 45)        (De 44 a 25)

P total (microng/1)          --             De 51 a 100
(Puntaje)                                    (De 70 a 26)

Temperatura ([degrees]C)   30.0-24.4        --        34.2-20.2
(Puntaje)                     (85)                       (50)

                                   Categoria

Variable                      Pesima           No apta

DQO (mg [O.sub.2]/1)        De 61 a 150         > 151
(Puntaje)                  (De 24 a 1.1)   (1, si DBO > 15)

P total (microng/1)      De 101 a 150         > 151
(Puntaje)                   (De 25 a 2)          (1)

Temperatura ([degrees]C)        --               > 37
(Puntaje)                                        (1)

CUADRO 2
Funciones de calificacion elaboradas de acuerdo con los parametros
del Cuadro 1

TABLE 2
Qualification functions elaborated according to the parameters
from Table 1

Propiedad          Funcion de calificacion     Ambito de aplicacion

Demanda quimica     [Q.sub.DQO] = 9156.7          De 26 a 150 mg
  de oxigeno         [DQO.sup.(-1.4375)]         [O.sub.2]/l DBO >
                                                 2 mg [O.sub.2]/l
Fosforo total      [Q.sub.Ptotal] = 0.0041    De 51 a 150 [micron]g/l
                      [P.sub.T.sup.2] -
                      1.5268 [P.sub.T]
                          + 137.11
Temperatura          [Q.sub.T] = -0.9848       De 20 a 37 [grados]C
                          [T.sup.2]
                     + 53.513 T - 630.07

CUADRO 3
Puntaje del ICA-L y su relacion con la calidad del agua para la
vida acuatica

TABLE 3
ICA-L values and its relation with water quality for
aquatic life

ICA-L      Categoria    Descripcion de la calidad del agua

86-100     Excelente    No presenta peligros para el ecosistema.
                        Es adecuada para el desarrollo de todas las
                        especies.

71-85      Buena        Sostiene una alta biodiversidad de vida
                        acuatica. Se presentan periodos donde algun
                        indicador muestra peligros para el
                        ecosistema. En este caso, si la situacion no
                        mejora en un periodo breve, se empezarian a
                        ver cambios en la composicion del ecosistema.

51-70      Regular      Existen signos de contaminacion, como
                        aumento en la concentracion de nutrimentos.
                        Se observa una reduccion de la diversidad en
                        los organismos acuaticos y un desequilibrio
                        en el crecimiento de algas y vegetacion
                        acuatica.

26-50      Mala         Sostiene una baja biodiversidad de vida
                        acuatica, principalmente de especies
                        tolerantes. Manifiesta problemas con fuentes
                        de contaminacion puntuales y no puntuales.

0-25       Pesima       Posibilita el crecimiento de poblaciones
                        elevadas de un limitado numero de organismos
                        resistentes a aguas muy contaminadas.
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Author:Perez-Castillo, Ana Gabriela; Rodriguez, Alexis
Publication:Revista de Biologia Tropical
Date:Dec 1, 2008
Words:7889
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