Contaminación

Análisis Químico-Ambiental del Golfo de Batabanó

El Golfo de Batabanó es el que presenta mayor peso económico en la industria pesquera cubana. Una inspección realizada en el dique sur en La Habana en el año 1996 reflejó un proceso acelerado en la costa sur de esta provincia y la disminución en los índices de pesca de algunas especies, por lo que se propuso un monitoreo ambiental en la zona.

Por Karel Mena Ulecia

El Golfo de Batabanó es el que presenta mayor peso económico en la industria pesquera cubana. Una inspección realizada en el dique sur en La Habana en el año 1996 reflejó un proceso acelerado en la costa sur de esta provincia y la disminución en los índices de pesca de algunas especies, por lo que se propuso un monitoreo ambiental en la zona.

Análisis químico-ambiental de la porción este del Golfo de Batabanó.

Resumen

El Golfo de Batabanó es el que presenta mayor peso económico en la industria pesquera cubana, albergando en sus aguas varias especies de alto valor comercial. Una inspección realizada en el dique sur de la provincia La Habana en el año 1996 reflejó un proceso acelerado en la costa sur de esta provincia y la disminución en los índices de pesca de algunas especies, por lo que se propuso un monitoreo ambiental en la zona, con tres objetivos fundamentales: evaluar el comportamiento de los compuestos de los parámetros de calidad ambiental relacionados con el balance oxígeno disuelto materia orgánica, el comportamiento de los compuestos de los ciclos de nitrógeno y fósforo y determinar el índice de eutrofización por nutrientes. Para el cumplimiento de esta s tareas se diseñó una red de 17 estaciones de muestreo y se midieron diferentes parámetros hidroquímicos como oxígeno disuelto (método winkler), demanda química de oxígeno (oxidación con permanganato y demanda bioquímica de oxígeno entre otros, los cuales reflejaron un cuerpo de agua mesotrófico.

Introducción


El Golfo de Batabanó posee un alto interés económico y social, su proximidad a la capital del país, y la creciente necesidad del desarrollo agrícola y pesquero de Cuba, han motivado las propuestas de numerosos proyectos de investigación e ingenieriles en la zona.

Entre los trabajos previos en la región se cuentan los de Ionin et al., (1977), que muestran los rasgos característicos de la estructura de las costas del Golfo de Batabanó; Basu et al.,(1975) y Perigó et al.,(1992) realizaron evaluaciones de calidad ambiental relacionada con la contaminación de las aguas con materias de origen orgánico, además de la calidad ambiental del estuario río Las Casas y La Coloma que llevan al Golfo elevadas cargas de contaminantes.

Una inspección realizada en el dique sur de la provincia La Habana en el año 1996, reflejó un proceso de erosión acelerado y la disminución en la pesca de algunas especies, por lo que se propuso un monitoreo ambiental en la zona, con tres objetivos fundamentales: evaluar el comportamiento de los parámetros de calidad ambiental relacionados con el balance oxígeno disuelto y materia orgánica, y el comportamiento de los compuestos de los ciclos del nitrógeno y fósforo, y determinar el índice de eutroficación por nutrientes. Para el cumplimiento de estas tareas se diseñó una red de 17 estaciones de muestreo y se midieron diferentes parámetros hidroquímicos como oxígeno disuelto (método de Winkler), demanda química (oxidación con permanganato) y bioquímica de oxígeno entre otros, los cuales reflejaron un cuerpo de agua mesotrófico con tendencia a la eutrofización

Materiales y métodos

La zona objeto de estudio corresponde a la parte más oriental del Golfo de Batabanó, situada entre los ríos Hatiguanico y Majana, ubicada en los 82°30´latitud norte y 83°00´longitud oeste con una profundidad media de 4.35±1.41 m. Este ecosistema ocupa el 77% del litoral sur de la provincia La Habana, y representa un elemento ecológico fundamental en la plataforma insular cubana. Su extensión total es de 57 Km y el área estimada es de 17000 ha.

Se realizaron cuatro cruceros en la zona (Abril de 1998, Agosto de 1999, Marzo del 2000 y Agosto del 2000) en una red de 17 estaciones de muestreo (Anexo-3). Estos cruceros correspondieron a la etapa de seca (Abril de 1998 y Marzo del 2000) y a la de lluvia (Agosto de 1999 y Agosto del 2000).

Muestreo y Análisis

Se tomaron muestras de agua en los niveles de superficie y fondo (4 metros de profundidad) mediante una botella Nansen. Las muestras de oxígeno disuelto (OD) fueron analizadas in situ mediante el método clásico de Winkler (FAO,1975). La muestra se trata con una sal de manganeso-II y yoduro alcalino, el precipitado de manganeso reacciona con el oxígeno disuelto para formar un precipitado carmelita (MnO(OH)2). La acidificación de la muestra con ácido sulfúrico forma sulfato mangánico el cual actúa como agente oxidante, liberando el ion yoduro de la sal yodada. El yodo liberado es estequiométricamente equivalente al oxígeno disuelto. Se utilizaron en este ensayo buretas calibradas de 12 mL con enrase automático, pipeta automática y botellas Winkler entre 100 y 300 mL.

Las muestras de demanda química de oxígeno (DQO), y compuestos de los ciclos del nitrógeno y fósforo permanecieron en congelación a -20°C, hasta ser analizadas en al laboratorio.

En la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno se mide el consumo de oxígeno necesario en degradar la materia orgánica en cinco días de incubación a 20°C, hasta ser analizadas en el laboratorio. Se toman dos frascos, en uno se mide oxígeno disuelto in situ mediante el método clásico de Winkler el otro se incuba a 20°C durante cinco días. Transcurrido ese tiempo, se mide oxígeno disuelto y la diferencia entre el oxígeno disuelto inicial es lo que se considera como demanda bioquímica de oxígeno (DBO). La DQO se determinó mediante la oxidación con permanganato en medio alcalino (FAO,1975). El permanganato oxida compuestos de origen orgánico como los carbohidratos, fenoles, lejías residuales de sulfito de celulosa, aminoácidos, algunas grasas industriales y proteínas. La muestra se trata con permanganato de potasio a reflujo en una solución al 50% de ácido sulfúrico a 130°C. El exceso de permanganato se puede valorar volumétricamente con el empleo de un reductor, en este caso el sulfato ferroso amónico (SFA), empleando ferroín como indicador del punto final.

La determinación de amonio se realizó mediante el método de Parsons. El amonio en un medio fuertemente alcalino reacciona con hipoclorito para formar la monocloroamina, bajo la influencia catalítica del pentaciano-nitrosil-ferrato-III-disódico. La monocloroamina ataca al fenol originando la n-cloroquinona monoimina. Este compuesto reacciona con otra molécula de fenol y se forma el indofenol azul un compuesto coloreado. La formación del indofenol azul vía monocloroamina es cuantitativa a valores de pH entre 10 y 11. Para esta determinación se utilizaron tubos de ensayo con tapas esmerilada, pipetas de 1 y 2 mL y un espectrofotómetro Phillips PU8620 del año 1992 (Parsons et al, 1985).

En la determinación de nitratos + nitritos se utilizó la reducción del nitrato disuelto mediante una columna rellena con virutas de cadmio recubiertas con cobre (columna de reducción), utilizando un buffer de pH 8.5, una vez reducido todo el nitrato a nitrito, este se determina mediante le reacción clásica de Griess donde el ion nitrito reacciona con la sulfanilamida en medio ácido (pH entre 1.5 y 2.0) formándose una sal de diasonio. Esta sal se une con el a-naftil-etilendiamina dando un azo-compuesto de color rosado con un máximo de absorbancia a 545 nm (Parsons et al.,1985). En este método de análisis se utilizaron tubos de ensayo con tapas esmeriladas, pipetas de 1 mL y el mismo espectrofotómetro empleado en la determinación de amonio.

El fósforo inorgánico en agua de mar se determina mediante el procedimiento del azul de fosfomolibdeno, y este se basa en la reacción entre el ácido fosfórico y el ácido molíbdico. La reducción de este ácido es un proceso complejo que conduce a diferentes formas reducidas y distintas tonalidades de azul en dependencia de la concentración de fósforo inorgánico que halla en el medio. Se utiliza como reductor al ácido ascórbico (Broberg y Petterson,1988).

El índice de eutroficación asociado a nutrientes se estimó de acuerdo a la ecuación de Kerydis (Montalvo et al, 2000):


donde
I: Indice de eutroficación por nutrientes
C: Logaritmo de la concentración total del nutriente durante la etapa de estudio
X: Concentración total del nutriente durante la etapa de estudio en el punto de muestreo (mmol/L).
A: Numero de puntos de muestreo.

Resultados y discusión
Oxígeno disuelto y materia orgánica

Las concentraciones medias de oxígeno disuelto en los cuatro cruceros superan el valor de 5.0 mg/L, valor límite establecido por la Norma Cubana 25 (NC 25, 1999) para el normal desarrollo de la vida en el medio marino. En el crucero realizado en Abril de 1998 el 100% de las mediciones dieron por encima del valor antes mencionado, con concentraciones que oscilan entre 6.4 y 7.98 mol/L. En el crucero realizado en Agosto de 1999, en las estaciones de muestreo 27 y 28, se detectaron valores inferiores a 5.0 mg/L. Este crucero tuvo concentraciones medias de oxígeno disuelto de 6.31 mg/L debido a la contribución extra de materia orgánica en la etapa de lluvia, relacionándose con una elevada demanda bioquímica de oxígeno (DBO), consumiéndose mucho oxígeno en la oxidación microbiológica de la materia orgánica. Las concentraciones más altas de este parámetro se registraron en los cruceros realizados en Abril de 1998 y Marzo del año 2000 (correspondiente a la época de seca) donde se midieron valores del orden de 7.05 mg/L y 7.21 mg/L respectivamente, debido a la escasa ocurrencia de lluvia en este mes.

En los cuatro cruceros se observa un incremento de la materia orgánica fácilmente biodegradable ( tabla-1). El análisis de varianza muestra que existen diferencias significativas entre cruceros para todos los parámetros estudiados (Anexo-1).

Tabla-1 Valores medios y desviación estándar de los parámetros hidroquímicos oxígeno disuelto (OD) y materia orgánica.

CRUCEROS OD (mg/L) DBO (mg/L) DQO (mg/L) CO (umol/L)
Abril-1998 7.05±0.34 1.75±1.26 4.90±2.02 151.2±62.2
Agosto-1999 6.31±0.92 2.51±1.26 3.93±1.73 121.11±44.71
Marzo—2000 7.21±0.63 1.38±0.14 1.87±1.45 57.60±40.77
Agosto-2000 6.56±0.51 1.69±1.48 3.49±1.06 107.50±32.59

El crucero realizado en Agosto de 1999 es el que presenta una mayor proporción de materia orgánica fácilmente biodegradable alcanzando la DBO un valor promedio de 2.51 mg/L. La DBO en el crucero realizado en el año 1998 fue baja, y es la de mayor concentración de materia orgánica que no se puede degradar fácilmente, y esto se corrobora con los elevados valores de CO y DQO, 151.2 umol/L y 4.90 mg/L respectivamente. El valor medio más bajo de materia orgánica corresponde al crucero realizado en Marzo del 2000 (1.38 mg/L de DBO), este se corresponde con un agua de dudosa calidad según (NC 25, 1999) (tabla-2).

Tabla-2 Indicadores químicos de calidad de agua para uso pesquero (NC 25, 1999).

Indicador Buena Dudosa Mala
OD > 5 mg/L 3-5 mg/L <3 mg/L
DBO < 1 mg/L 1-2 mg/L > 2 mg/L
AMONIO

<0.03 mg/L

<2.14 umol/L

0.03-0.05 mg/L

2.14-3.57 umol/L

>0.05 mg/L

> 3.57 umol/L

NITRATOS

<0.01 mg/L

<0.71 umol/L

0.01-0.6 mg/L

0.71-4.29 umol/L

> 0.6 mg/L

> 4.29 umol/L

NITRITOS

<0.05 mg/L

<3,57 umol/L

0.05-1.5 mg/L

3.57-110 umol/L

> 1.15 mg/L

> 110 umol/L

FOSFATOS

<0.05 mg/L

<1.61 umol/L

0.05-0.20 mg/L

1.61-6.45 umol/L

> 0.20 mg/L

> 6.45 umol/L

Compuestos del ciclo del nitrógeno y fósforo

De los compuestos del ciclo del nitrógeno inorgánico, el más abundante fue el amonio; en el crucero realizado en Abril de 1998 representó el 83.88% del nitrógeno total inorgánico (tabla-3). Las concentraciones más bajas de amonio se reportaron en Agosto de 1999 con un valor medio de 1.81 mol/L, representando el 35.15% del nitrógeno total inorgánico medido en este crucero, debido a un predominio de los procesos de biosíntesis de los compuestos órgano nitrogenados sobre la mineralización de los mismos (Montalvo et al.,1997). La elevada disponibilidad de amonio se asocia a los procesos de generación in situ y el aportado por las aguas residuales.

Tabla-3 Valores medios y desviación estándar de los compuestos del ciclo del nitrógeno inorgánico dados en µmol/L.

Cruceros NH4 NO3+NO2 N.total inorgánico
Abril-1998 6.45±4.31 2.15±2.06 7.99±5.65
Agosto-1999 1.81±2.20 3.34±3.32 5.15±4.71
Marzo-2000 3.72±2.65 6.33±8.82 10.05±9.85
Agosto-2000 2.69±1.87 1.41±1.75 3.82±2.25

En el crucero realizado en Marzo del 2000, las formas oxidadas de nitrógeno inorgánico (NO3+NO2) tuvieron concentraciones notables. Este crucero tuvo la mayor concentración media de la etapa de estudio (6.33 µmol/L) atribuido a una posible elevada tasa de nitrificación con una proliferación de bacterias nitrificantes del género N itrosomonas y Nitrobacter ( Hoch y Kidchuan, 1995).


Las menores concentraciones de las formas oxidadas de nitrógeno inorgánico se registraron en Agosto del 2000 con un valor medio de 1.41µmol/L y tiene como causas fundamentales el posible predominio de los procesos de amonificación donde la materia orgánica nitrogenada es oxidada a anhídrido carbónico mediante el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y el nitrógeno enlazado a ese material es liberado al medio en forma de amoniaco en una ruta metabólica alternativa debido a una baja disponibilidad de carbono orgánico (Simpson et al.,1997), y también a un posible sobre consumo de estas formas oxidadas por los productores primarios (Soto y Álvarez, 1995).

Las concentraciones promedios de fósforo inorgánico en los cuatro cruceros realizados en la parte este del Golfo de Batabanó están por debajo del límite superior reportado por la Norma Cubana (NC 25, 1999) para el normal desarrollo de la vida en agua marina de uso pesquero. El valor más elevado se detectó en Agosto del año 2000 (1.41 µmol/L) y el más bajo se detectó en Agosto del año 1999 (0.22 µmol/L) debido a un posible sobre consumo de este nutriente por los productores primarios y a pérdidas por precipitación sobre los sedimentos como consecuencia de un aumento del pH del medio; debido a una intensa actividad fotosintética (Montalvo et al., 2000).

Indice de eutroficación

Los valores del índice de eutroficación (I) por nutrientes están representados en el (Anexo-2).

El grado de eutroficación ocasionado por los compuestos del nitrógeno, de forma general, corresponde a un sistema marino mesotrófico.

Tabla-4¨ Clasificación de los sistemas de acuerdo al índice de eutrofización por nutrientes (Satyanarayama et al.,1992) ¨

Índice de eutroficación Clasificación
Mayor de 5 Altamente eutrófica
3-5 Mesotrófica
Menor de 3 Oligotrófica

Con un paulatino incremento en la concentración de estos compuestos en el área de estudio, pudiera inducir a una hipertrofia de la misma (exceso de nutrientes en un ecosistema), lo que provoca una caída en el oxigeno disuelto, y consecuentemente la muerte de una gran cantidad de organismos de alto valor comercial, a este proceso se le denomina eutroficación. Al igual que los compuestos nitrogenados, los valores de carbono orgánico caen dentro del rango de un sistema mesotrófico (3 excepto en las estaciones 11 y 12. En general el índice de eutroficación por nutrientes se comportó de manera homogénea. Estos valores están en el rango de un sistema mesotrófico con tendencia a la hipertrofia del sistema, con excepción del índice de eutroficación ocasionado por los compuestos del fosfato, que corresponden a un sistema oligotrófico debido a un elevado consuno de estos compuestos mediante los productores primarios (Richerson y Jorgensen, 2000).

Conclusiones
– Los altos niveles de oxígeno disuelto detectados durante la etapa de estudio indica una elevada producción primaria, característica de cuerpos de agua mesotróficos.

– El amonio es la forma predominante de nitrógeno inorgánico en la etapa, de estudio con concentraciones que superan el límite de calidad reportado para un sistema acuático (NC 25, 1999).

– Las concentraciones de fósforo inorgánico son bajas impidiendo la eutrofización del medio.

– En forma general el índice de eutrofización por nutrientes indica a un cuerpo de agua mesotrófico con tendencia a la eutrificación.

Recomendaciones

– Existe la necesidad urgente de disminuir o eliminar las principales fuentes contaminantes que se vierten en el Golfo de Batabanó, los cuales provocan desequilibrios de materia orgánica por encima de la capacidad de autodepuración del ecosistema. Estos valores pueden provocar el colapso productivo en una de las plataformas marítimas más ricas de Cuba.

– Establecer un plan de monitoreo permanente para diagnosticar la evolución futura de este ecosistema.

– Pudiera considerarse la necesidad de repoblar con mangle rojo ( Rhizophora mangle) las zonas afectadas por la erosión, para evitar el presente retroceso de la línea costera y el mejoramiento del equilibrio ecológico (Basu et al.,1975).

ANEXO-1 Análisis de varianza por cruceros para los parámetros hidroquímicos medidos en el área de estudio.

Parámetros Unidad F calculada Valor crítico Grados de libertad
OD mg/L 14.615 2.6730 3
DBO mg/L 7.8188 3.0882 2
DQO mg/L 22.1416 2.6730 3
Amonio µmol/L 65.535 2.6730 3
NO3+NO2 µmol/L 7.0441 2.6730 3
N.total µmol/L 24.7132 2.6730 3
Fosfatos µmol/L 11.3378 2.6730 3

Anexo-2 ¨Indice de eutroficación por nutrientes¨

Estaciones C.Orgánico NO3+NO2 NH4 PO4
7 4.1 3.1 2.9 2.5
8 4.3 3.4 2.9 2.5
9 4.3 3.2 3.2 2.4
10 4.8 2.8 3.0 2.6
11 4.3 2.9 3.2 3.2
12 4.6 2.8 3.1 3.0
13 3.9 2.6 3.3 2.7
15 3.9 4.2 3.2 2.4
16 4.0 2.5 2.7 2.6
18 3.9 2.8 2.7 2.1
19 3.9 2.6 3.0 2.1
22 4.5 2.5 3.0 2.2
23 4.2 2.8 2.9 2.3
27 4.5 2.6 3.4 2.2
28 4.2 2.5 2.8 2.5
2B 4.0 2.9 2.8 2.2

ANEXO-3 ¨ Red de estaciones de muestreo ¨


Referencias
– Basu A, Súarez G, Perigó E, Vasquez R (1975). Prospección de algunos parámetros que influyen sobre la contaminación en la zona suroccidental de la plataforma cubana. INP/CIP Rev.Inv.
– Broberg O, Petterson J (1988). Analytical determination of ortophosphate in water. Rev. Hidrología, 170, Pág. 45-59.
– CEGIA (1996). Informe de la inspección estatal ambiental realizada al Dique sur de la Provincia La Habana. CITMA. Pág- 14
– FAO (1975). Manual of methods aquatic enviromental research: Method for detection end monitoring of water pollution. FAO Lich Technology and paper. Pág.37-237.
– Hoch M.P, Kirchman D.L (1995). Ammonium up take by heterotrophic bacteria in the Deleaware Estuary and adjacent coastal water. Rev. Limnology and Oceanography. 40 (5). Pág 45-56.
– Ionin A.S, Pavlidis Y, Avello O (1977). Geología de la plataforma marina de Cuba. Editorial Moscú. Pág. 216.
– Montalvo J.F, Perigó E, Espinosa J, García I (2000). Prospección de variables hidroquímicas de calidad ambiental en la zona del litoral entre el río Hatiguanico y Majana. Contribución a la educación y protección ambiental. 1. Pág. 15-26.
– Montalvo J.F, Revilla N, Rodríguez A, Delgado G (1997). Hidrología y nutrientes en la laguna costera Viaducto, Tunas de Zaza, Santi Spíritus. I Convención internacional sobre el medio ambiente y desarrollo. MARCUBA. Pág. 20-27.
– Norma Cubana 25 (1999). Sistemas de normas para la protección del medio ambiente. Especializaciones y procedimientos para la exhalación de los objetos hídricos de uso pesquero. Pág 5-15.
– Perigó E, Súares G, Arencibia G, Martín A, Romero T (1992). Panorama actual de la contaminación en zonas de la plataforma cubana. Resolución 1246. CIP/MIP.
– Parsons S.T, Marta Y, Lali W (1985). Manual chemical and biological methods For seawater analysis. Eds. Pergamon. London. UK.
– Richerson J.S, Jorgensen B.B (2000). Eutrophicatiòn Definition, History and effect. Geophysial Union. Washington. United States.
– Satyanarayama D, Sahu S.D y Panigraphy P.K (1992). Assement of eutrophication in the marine enviroment of Visakhapatnam using nutrient index as a tool. Indian J. Mar. Sci. 21(2).
– Simpsons J.H, Gong W. K, Ong J.E (1997). The determination of the flux from a mangrove estuary system. Rev. Estuaries. 20 (1).
-Soto G, Álvares S (1995). Nutrientes inorgánicos en los canales de inundación de las marismas de baja Califfornia. Rev.Ciencias Marinas. 17 (3). Pág 54-60. www.EcoPortal.net

* Karel Mena Ulecia Instituto de Geografía Tropical.
Calle F #302 entre 13 y 15, Municipio Plaza, La Habana, Cuba. CP-10600.

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