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CARACTERÍSTICAS Y PROCESOS VINCULADOS CON LA CALIDADFÍSICO-QUÍMICA DEL AGUA DEL EMBALSE EL SALTO,

CIENFUEGOS, CUBA

Characteristics and processes related to the physico-chemical water quality of El Saltoreservoir, Cienfuegos province, Cuba

Carmen Betancourt1, Roberto Súarez2 & Liliana Toledo2

Gestión Ambiental 21: 33-47 (2011)

Gestión Ambiental (Valdivia). ISSN 0718-445X versión en línea, ISSN 0717-4918 versión impresa.

1Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos, Calle 17, esq. Ave 46 s/n, Reparto Reina, CódigoPostal 55100, Cienfuegos, Cuba.Correo electrónico: carmen@gestion.ceac.cu. 2Universidad deCienfuegos, Carretera a Rodas km 3, Código Postal 59430, Cienfuegos, Cuba.

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RESUMEN

El embalse El Salto se localiza al Noreste de la provincia de Cienfuegos, Cuba y su principal uso es la críade peces y el riego agrícola. La identificación de las características y procesos vinculados con la calidadfísico-química de sus aguas constituyó el objetivo de esta investigación. Para el análisis de loscomponentes mayoritarios del agua se realizaron muestreos cuatrimestrales durante el período 1986-2005. El análisis descriptivo de estas variables indicó un agua medianamente salina, muy dura ybicarbonatada cálcica. La influencia de los procesos atmosférico, antrópico y de lavado de la roca fueanalizada por las relaciones iónicas y los diagramas triangular y de Gibbs y confirmada por el análisis decomponentes principales que además permitió reducir el número de variables y extraer información sobrelos procesos influyentes sobre la calidad del agua. Resultó predominante el lavado de la roca,específicamente de carbonatos y silicatos, identificado mediante las relaciones iónicas y en concordanciacon la geología de la cuenca. Para la determinación del estado trófico del embalse y del nutriente limitantese diseñaron cinco muestreos entre los años 2008-2009 y se analizaron las variables diagnóstico:transparencia, concentración de nutrientes y de clorofila a. Las aguas de este embalse estuvieronlimitadas por nitrógeno y clasificaron como eutróficas según las ecuaciones del índice del estado tróficomedio propuesto por Toledo y colaboradores. Las concentraciones de fósforo resultaron elevadas apesar de los altos valores de la dureza del agua y se relacionaron con las fuentes de contaminaciónpresentes en la cuenca.

Palabras clave: embalse, componentes mayoritarios, eutrofización, lavado de la roca.

ABSTRACT

El Salto reservoir is located at the northeast of Cienfuegos province, Cuba and is used mainly foraquaculture and agricultural irrigation. The aim of this work was to identify the characteristics of and theprocesses related to the physico-chemical quality of this reservoir. The major ions were analyzed bymeans of four-monthly measurements and recorded from 1986 to 2005. According to the descriptiveanalysis of these variables, the water was moderately saline, very hard, with a prevalence of calcium andbicarbonate ions. The influence of atmospheric, anthropic and rock weathering processes on waterchemical quality was revealed by ionic ratio and ternary and Gibbs diagrams, and confirmed by principalcomponent analysis (PCA), which also allowed to reduce the numbers of variables and to get informationabout influential processes into water quality. Rock weathering was the predominant process, specificallyof carbonates and silicates; this was identified by means of ionic ratio and in accordance to basin’sgeology. In order to determine the reservoir’s trophic state and the limiting nutrient, five samplings weredesigned between 2008 and 2009, where the diagnostic variables: transparency, concentrations of nutrientsand chlorophyll a were analyzed. The water of this reservoir was limited by nitrogen and classified aseutrophic according to the equation of mean trophic state index proposed by Toledo and collaborators.The phosphorous concentrations were high in spite of elevated hardness levels and related to pollutionsources in the watershed.

Keywords: reservoir, major ions, rock weathering, eutrophication.

Betancourt et al.

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INTRODUCCIÓN

Los ecosistemas acuáticos son particularmentevulnerables a los cambios ambientales, estacaracterística los convierte en integradores ycentinelas de estos cambios, tanto a escala localcomo global (Williamson et al. 2008).

La evaluación de la calidad del agua de losembalses, además de su utilidad para detectarcambios globales y locales, posee interéseconómico, social y científico, y esdeterminante para el eficiente manejo delrecurso. Una gran parte de la calidad del aguapuede visualizarse a través del estudio de suscaracterísticas físico-químicas, como elcontenido salino, la conductividad eléctrica(CE) y los nutrientes.

El estudio de los componentes mayoritariosdel agua se usa para entender procesos queinfluyen en la calidad química del agua, comoel lavado de las rocas, la evaporación-cristalización y la lluvia (Gibbs 1970, Kumaret al. 2009). La presencia y proporción de losiones se relaciona con la geología de lascuencas (McNeil 2005, Rajmohan & Elango2007, Jha et al. 2009), una de las herramientasaplicadas para estos fines son las relacionesiónicas (Hren et al. 2007, Al-Rawajfeh & Al-Shamaileh 2007, Ryu & Chang 2007, Ryu etal. 2008).

Otras variables usadas en el estudio de lacalidad del agua son los nutrientes, como elnitrógeno y el fósforo. Su excesivaincorporación a los embalses genera procesosde eutrofización de las aguas, con cambiosesenciales en el estado trófico (Dodds 2006).

El estado trófico se caracteriza por ladisponibilidad de energía para la cadenaalimentaria y define la base de la integridadde las comunidades y el funcionamiento delecosistema (Dodds 2007). Para su descripciónse requiere una aproximación estequiométrica(razón de nutrientes) ya que la fuente decarbono está ligada a la disponibilidad defósforo y nitrógeno.

Embalse El Salto

El embalse El Salto se localiza en unacuenca cuya geología está constituidafundamentalmente por rocas sedimentarias(margas, aleurolitas, calizas, conglomerados,areniscas y arcillas), y se usa para la cría depeces y el riego agrícola. No ha sido estudiadohasta el momento a pesar de que ha estadoexpuesto a la contaminación de asentamientoshumanos, cría de ganado (vacuno, porcino) yresiduales industriales provenientes de laindustria azucarera. El objetivo del presentetrabajo es identificar las características delagua y los procesos influyentes. La aplicacióndel análisis factorial a los componentesmayoritarios medidos en este embalse por unperíodo de 20 años, permitió encontrar gruposcon significado común, reducir ladimensionalidad de los datos y explicar almáximo la información que conteníanoriginalmente. El conocimiento extraído alaplicar las relaciones iónicas, los diagramasde Gibbs y triangular y el análisis decomponentes principales, además de constituiruna herramienta para una mejor gestión delrecurso, constituye una referencia para laobservación de cambios en los procesosgeoquímicos influyentes en las aguasembalsadas.

La identificación del nitrógeno comonutriente limitante de forma predominante yestado eutrófico del agua, permitirá elaborarplanes encaminados a disminuir la carga denitrógeno vertida y mitigar la eutrofización delembalse.

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

El embalse el Salto se localiza al noreste de laprovincia de Cienfuegos en el río Lajas afluentedel río Damují, Cuba, en las coordenadas 22°

25’ 24’’ de latitud norte y 80° 20’ 27’’ de

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Betancourt et al.

longitud oeste (Fig. 1). Algunas característicasdel embalse y de la cuenca se presentan en laTabla 1.

Características ________________________________

Año de construcción del embalse 1975Altitud del embalse (msnm) 52Altitud de la cuenca (msnm) 76Área de la cuenca (km2) 80,0Área del embalse (km2) 2,46Volumen de almacenamiento (hm3) 9,5

TABLA 1. ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DELÁREA DE ESTUDIO. Información tomada delarchivo provincial de Recursos Hidráulicos.

Some characteristics of the study site.

Metodología

La base de datos para el estudio de loscomponentes mayoritarios del agua procedede la Red de Calidad de las Aguas de laEmpresa de Aprovechamiento Hidráulico deCienfuegos y corresponde a 94 muestreos,realizados a la profundidad del punto de toma(3,7 m aproximadamente de la superficie)durante la etapa 1986-2006. Incluyeconductividad eléctrica (CE), dureza total (DT)y los iones bicarbonato [(HCO3)

-] cloruro (Cl-),sulfato [(SO4)

2-], calcio (Ca)2+, magnesio(Mg) 2+, sodio más potasio (Na++K+). Las salessolubles totales (SST) se calcularon mediantela suma de los iones antes mencionados.

Durante los meses de abril, agosto, octubrey diciembre de 2008 y marzo de 2009, semuestreó el punto de toma del embalse en dos

FIGURA 1. ÁREA DE ESTUDIO, EM-BALSE EL SALTO, CUBA. Study site, ElSalto reservoir, Cuba

FIGURA 1. ÁREA DE ESTUDIO, EMBALSE EL SALTO, CUBA.

Study site, El Salto reservoir, Cuba

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Embalse El Salto

profundidades (subsuperficial y a laprofundidad donde se extrae el agua). Paraevaluar el estado trófico del embalse, sedeterminaron en la superficie los nutrientes, latransparencia con un disco de Secchi (DS) yla clorofila a. En la profundidad del punto detoma sólo se analizaron los nutrientes.

La concentración de nitrógeno amoniacal(N-NH4) se analizó por medio de la formaciónde indofenol azul (APHA 1998). El nitrógenode nitrito (N-NO2) se cuantificó por medio dela formación de un compuesto diazo altamentecoloreado del ión nitrito con la sulfanilamida, yel dicloruro de N-(1-naftil)-etilendiamina(APHA 1998). El nitrógeno de nitrato (N-NO3) por reducción con hidracina (APHA1998). El fósforo de ortofosfato (P-PO4) secuantificó por formación de un complejo conmolibdato de amonio y tartrato de antimonio,posteriormente reducido con ácido ascórbicopara obtener un complejo altamente coloreadode azul (APHA 1998). Para la cuantificacióndel fósforo total (PT), todas las formas defósforo fueron convertidas a ortofosfato, previaoxidación de las muestras con persulfato deamonio en medio ácido (APHA 1998). Loslímites de cuantificación expresados en mg/l,fueron N-NH4; 0,045, N-NO2; 0,001, N-NO3;0,006, P-PO4; 0,005, PT; 0,013. La clorofila ase midió por el método de fluorescencia conun florímetro marca: TD 700 TurnerDEFIGNS, según (APHA 1998). Los valoresmenores se consideraron cero para laconfección de los gráficos.

Para el tratamiento estadístico de los datosse empleó el Statistical Package for SocialSciences (SPSS) en su versión 15,0. Paracomprobar la existencia de diferenciassignificativas entre el período húmedo (mayo-octubre) y seco (noviembre-abril) en relacióncon los componentes mayoritarios, se aplicóla prueba t de Student para dos muestrasindependientes, con un nivel de significaciónde 0,05 y previa verificación del supuesto de

normalidad. La correlación entre loscomponentes mayoritarios se comprobómediante la matriz de Pearson, y se estudió elsistema de relaciones entre las variable deforma conjunta mediante un análisis factorialpor el método de análisis de componentesprincipales (ACP). En el ACP se extrajerontantos factores como autovalores mayores quela unidad tuvo la matriz analizada. Se trabajócon variables sin estandarizar.

La clasificación trófica se hizo mediante uníndice de estado trófico (IET) sugerido porCarlson (1977) y modificado por Toledo et al.(1983) para zonas tropicales. Las ecuacionesusadas en el cálculo de los índices para lasvariables diagnóstico (transparencia DS, PT, PO4y CHL a) así como el índice de estado tróficomedio que combina los índices de cada una delas variables mencionadas se expresan:

Con el resultado del cálculo del IET modificado(medio) se clasificó el estado trófico de lasaguas según el siguiente intervalo: Oligotrofia< 44; Mesotrofia 44 < IET < 54 y Eutrofia >54.

Se siguió el criterio propuesto por Morris& Lewis (1988) para evaluar la relación NiT:PT (nitrógeno inorgánico total: fósforo total),como indicadora del nutriente que limita laproductividad del sistema. Estos autores

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Betancourt et al.

consideran limitaciones de nitrógeno cuandola relación es menor que 0,5, para el intervalo0,5-4,0, ambos limitan y para valores superioresa 4 es el fósforo el nutriente limitante.

RESULTADOS

Composición de las aguas y procesosquímicos

El análisis de una serie de tiempo de valoresde los componentes mayoritarios del agua,medidos durante 20 años (1986-2005) en elpunto de toma del embalse El Salto, reveló las

principales características fisicoquímicas delagua y los procesos vinculados con dichascaracterísticas. En la Tabla 2 se muestran losestadísticos descriptivos. Los valores mediosde la DT correspondieron a un agua muy durade acuerdo a la clasificación de Durfor &Becker (1964). Los valores medios de la CEclasifican el agua como medianamente salinasegún el criterio de Serruya & Pollingher(1983), con predominio de los iones Ca yHCO3. La composición de los componentesmayoritarios, expresada en mg/L, quedó en elsiguiente orden: Ca>Na+K>Mg y HCO3>Cl>SO4.

n Mínimo Máximo Media DesviaciónEstándar

__________________________________________________________________

CE (µmhos/cm) 94 310 680 479 69HCO3 (mg/L) 94 147 308 220 31Cl (mg/L) 94 14 46 27 6SO4 (mg/L) 94 9 43 23 7Ca (mg/L) 94 21 84 48 12Mg (mg/L) 94 5 58 16 7Na+K (mg/L) 94 11 56 32 9DT (mg/L) 94 72 452 185 46

TABLA 2. ESTADÍSTICOS DESCRIPTIVOS DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA, DUREZA TOTALY LOS IONES MAYORES.

Descriptive statistics of electrical conductivity, total hardness and major ions.

No se observó diferencia significativa (p> 0,05)entre el período seco y húmedo para los ionesmayores, la DT y la CE. Resultó una excepción

el ión SO4, que registró un valor mediosignificativamente superior (p< 0,05) en elperíodo lluvioso.

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Embalse El Salto

Los valores medios de la suma de los ionesCa+Mg y HCO3 resultaron bastante similares,lo cual informa sobre el predominio de ladureza temporal (en ambos períodos seco ylluvioso) y la procedencia de rocascarbonatadas de los iones Ca y Mg.

En la Fig. 2 se puede observar ladistribución dispersa de los puntos por arribay por debajo de la línea 1:1 con un valor mediode la razón HCO3/(Ca+Mg) igual a 1,0. Tantola relación del Ca+Mg con el total de cationes(TC) expresado a través del modelo lineal (p< 0,05, R2 = 0,714) (Fig. 3) como el valor mediode la razón (Ca+Mg)/TC (0,72), expresan lacontribución de estos iones al TC.

El valor medio de la razón Cl/Na resultóbaja (0,59). El 93,6% de las mediciones de Clfueron inferiores a 1 meq/L, lo que se muestracon una línea discontinua en la Fig. 4, mientrasque solo el 12,8% de las observaciones Na+K,fueron inferiores a este valor. Los puntos pordebajo de la línea 1:1, demuestran la asociaciónde estos cationes con otros aniones diferentesal Cl.

FIGURA 2. RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDODE HCO3 Y Ca+Mg.

Relationship between the content of HCO3 and Ca+Mg.

FIGURA 3. RELACIÓN ENTRE EL CONTENIDODE Ca+Mg Y EL TOTAL DE CATIONES.

Relationship between the content of Ca+Mg and the total cations.

FIGURA 4. RELACIÓN ENTRE EL CLORURO YLA SUMA DE Na+K.

Relationship between the content of Cl and the Na+K.

El valor medio de la razón Ca/SO4 fue 5,39y significa que en la cuenca el lavado de lasrocas se verifica por los protones del ácidocarbónico. Cuando esta razón es superior a launidad, los protones del ácido sulfúrico nopueden reemplazar a los del ácido carbónico

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Betancourt et al.

en el lavado de las rocas (Stallard & Edmond1983).

No se registró diferencia significativa (p>0,05) entre las razones iónicas calculadas paraambos períodos (seco y húmedo) (Fig. 2, 3 y 4).

Para comprender los posibles mecanismosvinculados con la composición química delagua en estudio, se graficaron los valores SSTvs las razones (Na+K)/(Na+K+Ca) y Cl/(Cl+HCO3) (Fig. 5). Todos los puntos seubicaron en el área que se corresponde con ellavado de la roca según el criterio de Gibbs(1970).

representan a los cationes en ambosdiagramas, se acercaron al área del gráficoque le corresponden mayores proporciones deNa+K.

Correlaciones y Análisis de ComponentesPrincipales

Se encontraron correlaciones significativasentre las variables estudiadas. La CE resultóla variable de mayor número de correlacionessignificativas (Tabla 3).

La aplicación del ACP resultó apropiadapara la reducción de datos. La medida deadecuación muestral de Kaiser-Meyer-Olkin(KMO) fue superior a 0,500 (0,523), la pruebade esfericidad de Bartlett fue significativa (p<0,05), el determinante tuvo un valor aceptable(0,015) y la matriz de componentes registróvalores adecuados para este análisis.

Se obtuvieron dos factores que explican el60,5% de la varianza total de los datosevaluados. El primer factor es el que másaporta a la varianza total de los datos con un

FIGURA 5. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LADEPENDENCIA ENTRE LAS SALESSOLUBLES TOTALES Y LAS RELACIONESIÓNICAS DEL AGUA: SST VS Cl/(Cl+HCO3) YSST VS (Na+K)/(Na+K+Ca).

Dependence between total soluble salts and ionic relations ofthe water: TSS VS Cl/(CL+HCO3) and TSS VS (Na+K)/(Na+K+Ca).

El uso del diagrama triangular mostróresultados similares a los obtenidos con elmodelo de Gibbs (1970). La mayor cantidadde observaciones se ubicaron próximas a losvértices que corresponden al lavado de la roca(iones Ca y HCO3) (Fig. 6). Los puntos que

FIGURA 6. COMPOSICIÓN RELATIVA DEANIONES Y CATIONES (DIAGRAMATRIANGULAR).

Ternary diagram of cations and anions.

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Embalse El Salto

37,0%, agrupa a las variables CE, HCO3, Ca,Mg y DT y fue nominado como «el aporte dellavado de la roca a la calidad química delagua». El segundo factor explica el 23,5% dela varianza total, agrupa a las variables Cl, SO4y Na+K, y se designó como «el aporteatmosférico y antrópico a la calidad químicadel agua». En la matriz de componentes sepueden observar las correlaciones de cada unade las variables con el factor (Tabla 4).

La comunalidad más baja corresponde alHCO3 (0,443) y la más alta a la DT (0,900).Esta última variable registra la correlación másalta con el primer factor.

Comportamiento del nitrógeno, el fósforo,la clorofila a y la transparencia

La medida de las concentraciones de losnutrientes nitrógeno y fósforo en la superficiey profundidad, permitió conocer elcomportamiento de estos nutrientes en la

CE HCO3 Cl SO4 Ca Mg Na+K DT

_____________________________________________________________________________________________________________________________________

CE (µS/cm) 1HCO3 (mg/L) 0,529* 1Cl (mg/L) 0,397* 0,274* 1SO4 (mg/L) 0,301* 0,042 0,385* 1Ca (mg/L) 0,465* 0,541* 0,020 0,109 1Mg (mg/L) 0,384* 0,409* 0,172 0,209 0,137 1Na+K (mg/L) 0,135 0,059 0,401* 0,275* -0,207 -0,149 1DT (mg/L) 0,544* 0,652* 0,167 0,187 0,736* 0,714* -0,195 1

TABLA 3. MATRIZ DE CORRELACIÓN DE PEARSON DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DUREZATOTAL Y LOS IONES MAYORES. La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).

Pearson’s correlation matrix for electrical conductivity, total hardness and mayor ions.

Factor 1 Factor 2____________________________________

CE 0,775 0,203HCO3 0,658 -0,099Cl 0,394 0,708SO4 0,389 0,571Ca 0,681 -0,350Mg 0,684 -0,124Na+K -0,011 0,810DT 0,903 -0,289

TABLA 4. FACTORES DE CARGA DE LASVARIABLES PARA LOS DOS PRIMEROSEJES.

Loadings factor of the variables measured for the first two axes.

columna de agua del punto de toma delembalse. El NiT (nitrógeno inorgánico total)registró valores en el intervalo 0,001-0,362 mg/L.En la profundidad del punto de toma los

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Betancourt et al.

valores fueron ligeramente más altos que enla superficie. La especie que más aportó fueel nitrato; el nitrito siempre estuvo presentecon valores bajos, excepto en el mes de octubreque hizo su mayor aporte en ambos puntos demuestreo (Fig. 7 y 8). El nitrógeno amoniacalsólo se pudo cuantificar a concentraciones

cercanas al límite, en los meses de octubre ydiciembre en superficie y profundidad delpunto de toma respectivamente.

La mayor fracción de fósforo estuvo enforma de P-PO4, y siempre registró valoressuperiores a 0,55 (Fig. 9).

Los valores más bajos de esta fraccióncorresponden a la superficie, zona donde sedesarrolla el mayor consumo de esta especie,por parte del fitoplancton. El comportamientofue similar en ambos puntos de muestreo, esdecir aumentan con el avance del verano yalcanzan su valor máximo en octubre, al finaldel verano en Cuba, y disminuyen con eltranscurso del invierno.

De igual modo ocurre con lasconcentraciones de P-PO4 y PT. Constituyenexcepciones la fracción (P-PO4)/PTcorrespondiente al mes de marzo de 2009 ylas concentraciones, tanto de PT como de P-PO4 en el mes de agosto, todas en laprofundidad del punto de toma (Fig. 10).

FIGURA 7. COMPOSICIÓN DEL NITRÓGENOINORGÁNICO TOTAL EN LA SUPERFICIEDEL PUNTO DE TOMA. EL N-NO3 FUE LAESPECIE CON MAYOR PREDOMINIO.

Inorganic nitrogen composition in the outlet point surface.

FIGURA 8. COMPOSICIÓN DEL NITRÓGENOINORGÁNICO TOTAL EN LAPROFUNDIDAD DEL PUNTO DE TOMA. ELN-NO3 FUE LA ESPECIE CON MAYORPREDOMINIO.

Inorganic nitrogen composition in the outlet point depth.

FIGURA 9. FRACCIÓN DEL P-PO4 RESPECTO ALPT EN AMBOS PUNTOS DE MUESTREO.

P-PO4 ratio regarding total phosphorous in both samplingstations.

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Embalse El Salto

Los valores medios de la CHL a ytransparencia fueron de 6,5 µg/L y 1,7 mrespectivamente.

Clasificación trófica y relación entre el NiTy el PT

El uso de las concentraciones de las variablesdiagnóstico (PT, PO4, clorofila a ytransparencia), permitió calcular los IET decada variable y posteriormente el cálculo delIETmodificado medio, mediante las ecuacionescorrespondientes según el criterio de Carlson(1977), modificado por Toledo et. al. (1983)para zonas tropicales. El valor de dicho índicefue 63, lo cual clasifica al embalse comoeutrófico. La razón NiT: PT obtenida a partirde las mediciones realizadas en la superficie,mostró al nitrógeno como nutriente limitanteen los muestreos realizados en abril, agosto ymarzo. En octubre y diciembre ambosnutrientes limitaron el desarrollo fitoplanctónico(Fig. 11).

FIGURA 11. RELACIONES ENTRE ELNITRÓGENO INORGÁNICO Y EL FÓSFOROTOTAL. LAS LÍNEAS HORIZONTALESINDICAN NIVELES DE LA RAZÓN DE NiT YPT SUGERIDOS POR MORRIS & LEWIS (1988)PARA DIFERENCIAR ENTRE LIMITACIÓNPOR NITRÓGENO O FÓSFORO PARA ELFITOPLANCTON.

Relationships between NiT and PT. the horizontal lines indicateratios suggested by Morris & Lewis (1988) to differentiatebetween nitrogen and phosphorus limitation of phytoplankton.

DISCUSIÓN

La alta proporción de Ca con relación al restode los cationes puede explicarse por elpredominio en la cuenca de carbonatos ysilicatos. El Ca y el Mg presentes en las aguasse deben al lavado de carbonatos, silicatos yevaporitas; y el Na, al lavado de evaporitas ysilicatos (Meybeck 1987).

Los valores medios de las razones(Ca+Mg)/TC y HCO3/(Ca+Mg), (0,72 y 1,01respectivamente) indicaron que en la cuencaocurrió el lavado de carbonatos y silicatos. Deacuerdo a Jha et al. (2009), un valor elevadode la razón (Ca+Mg)/TC (en el orden de 0,68),es atribuible a aguas que discurren porcarbonatos, silicatos o evaporitas, mientras quevalores inferiores a 2,00 para la razón HCO3/(Ca+Mg) corrobora el lavado de silicatos.

FIGURA 10. VARIACIÓN DEL CICLO DELFÓSFORO EN AMBOS PUNTOS DEMUESTREO.

Phosphorous cycle variation in in both sampling stations.

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Betancourt et al.

El valor medio de la razón (Ca+Mg)/(Na+K) (2,92) está en el orden de losencontrados por Zhu & Yang (2007) y Jha etal. (2009) para aguas que discurren porsilicatos, lo cual mostró la influencia del lavadode este tipo de roca en la calidad química delagua del embalse.

La escasa probabilidad del lavado deevaporitas se demostró por los resultados delas razones (Ca+Mg)/(Na+K) y Cl/(Na+K)(2,92 y 0,59 respectivamente). Bajospromedios de la primera razón (0,89) fueronencontrados por Zhu & Yang (2007) en unestudio realizado en varios ríos de China quediscurren por evaporitas. Este valor fuesignificativamente inferior (p< 0,5) a losencontrados en esta investigación. Cuando ellavado de la evaporita influye sobre lacomposición química del agua, se esperanvalores de la razón Cl/(Na+K) cercanos a launidad (Xu et al. 2008).

Los principales mecanismos que controlanla calidad química del agua son: lacristalización-evaporación, el lavado de lasrocas y la precipitación atmosférica (Gibbs1970). Valores altos de las SST y de lasrelaciones iónicas se relacionan con lacristalización-evaporación; moderada salinidady predominio de los iones Ca y HCO3 con ellavado de la roca; y aguas del tipo clóricasódica, con baja salinidad corresponden a laprecipitación atmosférica. El uso de estediagrama reveló la influencia del lavado de laroca sobre la calidad del agua al ubicarse lasobservaciones en el área que corresponde conel lavado de la roca (Fig. 5).

El diagrama triangular también se usa paraexplicar los mecanismos naturales queintervienen en la composición química de lasaguas (Baca & Threlkeld 2000). Estos autoresseñalan que cuando las observaciones selocalizan próximas a los vérticescorrespondientes al Ca y al HCO3 indican quela calidad química del agua se vincula con

procesos de meteorización de rocascarbonatadas. Cuando las observaciones selocalizan próximas a los vérticescorrespondientes al Cl y SO4 indican el lavadode la evaporita. El uso de este diagrama ratificóla influencia del lavado de carbonatos sobre lacomposición química del agua y la ausenciadel lavado de la evaporita.

Los valores bajos de la razón Cl/(Na+K)(0,59) y el porcentaje alto de las observacionespor encima de la línea 1:1 (Fig. 4), indicaronademás la presencia de otras fuentesdiferentes que aportan Na al agua. Autorescomo: Das et al. (2005) y Krishnaswami &Singh (2005), plantean que las actividadesantrópicas aportan Na al agua y otrosconsideran que este catión se puede incorporardesde la atmósfera (Gao et al. 2009, Jha et al.2009). Por tanto, el valor medio de Cl/(Na+K),así como el ligero acercamiento al área delgráfico que le corresponden mayoresproporciones de Na+K en los diagramas deGibbs (1970) y triangular, pueden serconsecuencia de las actividades antrópicasdesarrolladas en la cuenca de alimentación delembalse y de procesos atmosféricos comolluvia.

Quedó demostrado por el uso de lasrelaciones iónicas, los diagramas de Gibbs(1970) y triangular que el lavado de la rocafue el proceso natural de mayor influenciasobre la química del agua durante la etapaestudiada. Este resultado fue corroborado conel ACP, al identificar al factor de mayor aportea la varianza total de los datos con el aportedel lavado de la roca. La identificación delsegundo factor obtenido en el ACP con elaporte atmosférico y antrópico a la calidadquímica del agua, está en concordancia conel significado de la razón iónica Cl/(Na+K)obtenida y con el ligero acercamiento al áreadel gráfico que le corresponden mayoresproporciones de Na+K en los diagramas deGibbs (1970) y triangular. Estos resultados

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Embalse El Salto

constituyen una referencia para observarcambios en la composición química del aguapor la influencia de procesos naturales.

La influencia de las actividades antrópicassobre la calidad del agua también se reveló enel IETmodificado medio. Las altasconcentraciones de PT en las aguas delembalse se deben a la presencia en su cuencade fuentes de contaminación, que contienenresiduos ricos en fósforo como los desechosde la cría de ganado y de los asentamientoshumanos.

Estos valores se alcanzan a pesar de quealtas concentraciones de Ca en el agua, puedenlimitar las de fósforo en solución, pues el Caes considerado una de las especies químicasque afecta el ciclo geoquímico del P. Margalef(1983), señaló que concentraciones de Cacercanas a 40 mg/L limitan fuertemente lasconcentraciones de P soluble, manteniéndolasen bajos niveles debido a su reactividad conestos cationes. Además se ha propuesto quela precipitación del fosfato con el CaCO3 esel principal mecanismo que controla susolubilidad en aguas duras previniendo laeutrofización (Estrada 1978).

En el embalse El Salto los altos valores deCa (media de 48 mg/L), no limitaron lasconcentraciones de PT, pero a pesar que estasfueron altas no se correspondieron con lasconcentraciones de CHL a registradas. Elescaso desarrollo fitoplanctónico en relacióna los altos niveles de P encontrados puede serconsecuencia de la incidencia de variosfactores: limitación por nitrógeno y una presiónde herbivoría superior a la tasa bruta decrecimiento del fitoplancton. Aunque seobservó limitación de nitrógeno en los mesesde abril, agosto y marzo y se conoce que esteembalse se usa para fines acuícolas donde lapresión de herbivoría puede controlar eldesarrollo fitoplanctónico, esta investigación nopermite aclarar al respecto por el reducidonúmero de variables y de datos, estudios

posteriores deberán esclarecer cuál es el factorpredominante o si en realidad todos inciden deforma similar.

El conocimiento del nutriente que limita eldesarrollo fitoplanctónico permite controlar elproceso de eutrofia en el embalse si sedisminuyen o limitan los vertidos de nitrógenodesde la cuenca.

CONCLUSIONES

El agua embalsada resultó medianamentesalina y muy dura, con predominio de los ionesCa y HCO3, en relación con la geología de lacuenca que alimenta al embalse.

La calidad química del agua estuvodeterminada por los procesos aporte por ellavado de la roca y aporte atmosférico yantrópico. El lavado de la roca resultó elproceso predominante tanto por el ACP, comopor las razones iónicas y los diagramas usados.

El proceso de antropización fue observadoen las relaciones iónicas Cl/Na+K y en laselevadas concentraciones de fósforo, quepermanecieron en la columna de agua a pesarde los valores elevados de Ca.

Según el IETmodificado medio calculado, lasaguas de este embalse clasificaron comoeutróficas y predominó el nitrógeno comonutriente limitante.

AGRADECIMIENTOS

Damos gracias a la MSc. Fanny Jorge Lazopor su colaboración en la traducción al inglés.

LITERATURA CITADA

Al-RAWAJFEH A & EM Al-SHAMAILEH (2007)Assessment of tap water resources quality andits potential of scale formation and corrosivity

46

Betancourt et al.

in Tafila Province, South Jordan. Desalination206: 322-332.

APHA, ed (1998) Standard methods for theexamination of water and wastewater. 20th ed.Editorial American Public Health Association,Washington, USA. 22648 pp.

BACA RM & ST THRELKELD (2000) Inlanddissolved salt chemistry: statistical evaluationof bivariate and ternary diagram models forsurface and subsurface waters. JournalLimnology 59(2): 156-166.

CARLSON RE (1977) A Trophic State Index forLakes. Limnology and Oceanography 22: 363-369.

DAS A, S KRISHNASWAMI, MM SARIN & KPANDE (2005) Chemical weathering in theKrishna Basin and Western Ghats of the DeccanTraps, India: Rates of basalt weathering andtheir controls. Geochimica Cosmochimica Acta69(8): 2067-2084.

DODDS WK (2006) Eutrophication and trophicstate in rivers and streams. Limnology andOceanography 51: 671-680.

DODDS WK (2007) Trophic state, eutrophicationand nutrient criteria in streams. Trends inEcology & Evolution 22(12): 669-676.

ESTRADA M (1978) Relationship amongbiological and physicochemical parameters inSpanish reservoirs. Verichtr InternationalenVerhinen Limnologie 20: 1642-1646.

GAO Q, Z TAO, X HUANG, L NAN, K YU & ZWANG (2009) Chemical weathering and CO2consumption in the Xijiang River basin, SouthChina. Geomorphology 106(3-4): 324-332.

GIBBS RJ (1970) Mechanisms controlling worldwater chemistry. Science 170: 1088-1090.

HREN MT, CP CHAMBERLAIN, GE HILLEY, PMBLISNIUK & B BOOKHAGEN (2007) Major ionchemistry of the Yarlung Tsangpo-Brahmaputrariver: Chemical weathering, erosion, and CO2consumption in the southern Tibetan plateauand eastern syntaxis of the Himalaya.Geochimica Cosmochimica Acta 71(12): 2907-2935.

JHA PK, J TIWARI, UK SINGH, M KUMAR & VSUBRAMANIAN (2009) Chemical weatheringand associated CO2 consumption in theGodavari river basin, India. Chemical Geology264(1-4): 364-374.

KRISHNASWAMI S & SK SINGH (2005) Chemicalweathering in the river basins of the Himalaya,India. Current Science 89(5): 841-849.

KUMAR P, J TIWARI, U KUMAR, M KUMAR &V UBRAMANIAN (2009) Chemical weatheringand associated CO2 consumption in theGodavari river basin, India. Chemical Geology264: 364-374.

MARGALEF R, ed (1983) Limnología. EditorialOmega. Barcelona, España. 1010 pp.

MCNEIL V, M COX & M PREDA (2005)Assessment of chemical water types and theirspatial variation using multi-stage clusteranalysis, Queensland, Australia. JournalHydrology 310: 181-200.

MEYBECK M (1987) Global chemical weatheringof surficial rocks estimated from river dissolvedloads. American Journal of Science 287: 401-428.

MORRIS DP & WM LEWIS (1988)Phytoplanckton nutrient limitation in Coloradolakes. Freshwater Biology 20: 315-327.

OSGOOD RA (1983) Discussion on usingdifferences among Carlson’s trophic state indexvalues in regional water quality assessment.Water Resources Bulletin 19: 307-309.

PARINET B, A LHOTE & B LEGUBE (2004)Principal component analysis: an appropriatetool for water quality evaluation andmanagement-application to a tropical lakesystem. Ecological Modelling 178: 295-311.

RAJMOHAN N & L ELANGO (2007)Hydrogeochemistry and its relation togroundwater level fluctuation in the Palar andCheyyar river basins, southern India.Hydrological Processes 20: 2415-2427.

RYU JS, KS LEE & HW CHANG (2007)Hydrogeochemical and isotopic investigationsof the Han River basin, South Korea. Journalof Hydrology 345 (1-2): 50-60.

RYU JS, K LEE, HW CHANG & HS SHIN (2008)Chemical weathering of carbonates and silicatesin the Han River basin, South Korea. ChemicalGeology 247(1-2): 66-80.

SERRUYA C & U POLLINGHER, ed (1983) Lakesof the warm belt. Cambridge University Press569 pp.

STALLARD RF & JM EDMOND (1983)Geochemistry of the Amazon. The influence of

47

geology and weathering environment on thedissolved load. Journal Geophysics Research88: 9671-9688.

TOLEDO AP, M TALARICO, SJ CHINEZ & EGAGUDO (1983) A aplicação de modelossimplificados para a avaliação de processo daeutrofização em lagos e reservatórios tropicais.XIX Congresso Interamericano de EngenhariaSanitária e Ambiental. Camboriú, Brasil. 57 pp.

WILLIAMSON CE, W DODDS, TK KRATZ & MAPALMER (2008) Lakes and streams as sentinelsof environmental change in terrestrial andatmospheric processes. Front EcologyEnvironmental 6(5) : 247-254.

XU H, Z HOU, Z AN, X LIU, & J DONG (2010)Major ion chemistry of waters in Lake Qinghaicatchments, NE Qinghai-Tibet plateau, China.Quarter. Int. 212 (1): 35-43.

Recibido 21/04/2011; aceptado 05/10/2011

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