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ESTUDIO DE LAS FLORACIONES DE ALGAS PERJUDICIALES EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE BETANIA: CAUSAS, CONSECUENCIAS Y POSIBLES SOLUCIONES

BRAYAN FERNANDO AYA RAMIREZ CODIGO. 8013113666 PEDRO JAVIER MARINEZ RAMIREZ CODIGO. 8013113393 PAULA ANDREA MEDINA ARGUELLO CODIGO. 8012112567 FABIO ANDRES VASQUEZ HERRERA CODIGO.8013113551

PRESENTADO A: CARLOS ALBERTO RUEDA SANABRIA. QUÍMICO, M.SC.

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DEL HUILA – CORHUILA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL NEIVA 2018

ESTUDIO DE LAS FLORACIONES DE ALGAS PERJUDICIALES EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE BETANIA: CAUSAS, CONSECUENCIAS Y POSIBLES SOLUCIONES

BRAYAN FERNANDO AYA RAMIREZ CODIGO. 8013113666 PEDRO JAVIER MARINEZ RAMIREZ CODIGO. 8013113393 PAULA ANDREA MEDINA ARGUELLO CODIGO. 8012112567 FABIO ANDRES VASQUEZ HERRERA CODIGO.8013113551

DIRECTOR: PAULA MARTÍNEZ SILVA BIÓLOGA

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DEL HUILA – CORHUILA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL NEIVA 2018

TABLA DE CONTENIDO 1.

RESUMEN ................................................................................................................................. 4

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................... 5 3.OBJETIVOS ................................................................................................................................... 7 3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 7 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................................... 7 4. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................................... 7 5. MARCO TEORICO ..................................................................................................................... 9

1. RESUMEN El embalse de Betania es uno de los ecosistemas estratégicos del departamento del Huila, Colombia, siendo de vital importancia no solo para la generación de energía sino para la producción piscícola desde hace treinta años. Sin embargo, actividades como la piscicultura, el vertimiento de aguas residuales generadas por las actividades agrícolas que se llevan a cabo en las zonas aledañas al embalse generan un deterioro en la calidad del agua y una aceleración en el proceso de eutrofización. En esta investigación, se hicieron muestreos de fitoplancton a lo largo de un año con el fin de establecer mediante el uso de bioindicadores el estado actual de este cuerpo hídrico y la variación espacial y temporal que se presenta entre los géneros y especies de microalgas presentes en las diez estaciones de muestreo en los diferentes muestreos. Al final de los análisis cualitativos, cuantitativos y estadísticos, se evidenció que existe un estado de eutrofización avanzado para todo el embalse y que las diferencias en cuanto a la composición de especies de algas no varían significativamente ni entre estaciones ni entre meses. Se recomienda disminuir la intensidad de cultivo de las piscícolas, implementar jornadas de limpieza de los alrededores del embalse y en lo posible implementar un sistema de biorremediación para carga orgánica empleando algas o macrófitas. Keywords: Calidad del agua, ecosistema, eutrofización, fitoplancton.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Cuáles son las causas y consecuencias de los florecimientos algales en la represa de Betania y que posibles soluciones pueden plantearse ante esta problemática ambiental? Los florecimientos algales son fenómenos que van de la mano con la eutrofización de los ambientes acuáticos; se originan por el incremento en la concentración de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, lo que a su vez favorece el desarrollo de una alta densidad de fitoplancton y cambios en su composición. Este proceso también hace referencia a una de las principales funciones de los humedales, la producción de materia orgánica autóctona. En los humedales, la producción biológica está regulada por factores externos como el tipo de recursos hídricos y los aportes de nutrientes, lo que se refleja en el estado trófico del ecosistema (Mancera, P. 2016). En un ecosistema acuático eutrofizado ocurren dos cosas: se requiere más oxígeno para descomponer la materia y aumenta la población de los organismos conocidos como productores primarios: organismos que hacen la fotosíntesis, como fitoplancton, macroalgas y micrófitos, lo que puede llegar a atrofiar los procesos de intercambio de oxígeno y el flujo de nutrientes en el agua (Roldán, 1992). El líquido se enturbia y la falta de oxígeno afecta las poblaciones de diversos organismos. Hay muchos factores que favorecen la eutrofización de un ecosistema de agua dulce, por

ejemplo, las temperaturas altas provocan que el oxígeno se disuelva menos en el agua y acelera la descomposición de la materia orgánica, lo que añade nutrientes al entorno. Lo mismo sucede si se agita el fondo del cuerpo de agua, lo que puede ocurrir por acción de corrientes, de los motores de las embarcaciones o de máquinas de construcción (Roldan, G., 1992; Mancera, P. 2016). Un cuerpo de agua eutrofizado puede dejar de ser aprovechable para abastecimiento de agua potable, riego, recreación, pesca y turismo. En general, las lagunas costeras y los ríos que reciben aguas residuales o descargas de residuos agrícolas son los que más tienden a eutrofizarse. Por si fuera poco, las altas concentraciones de materia orgánica y nutrimentos son pasto de especies dañinas, sobre todo cuando el aporte de materia orgánica proviene de aguas residuales o fosas sépticas. (Sar, et al, 2002). La eutrofización de los cuerpos de agua dulce genera enormes pérdidas en términos económicos y de servicios ambientales. En Colombia y en muchos otros países el excesivo uso de agroquímicos y la mala disposición de aguas grises y negras, así como el manejo inadecuado de las piscícolas, aumenta el grado de eutrofización de los ecosistemas de agua dulce generando problemáticas ambientales y afectando la oferta de este recurso cada vez más preciado y escaso.

3.OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL  Caracterizar los eventos de floración algal en la Central Hidroeléctrica Betania y proponer estrategias de biorremediación para estos.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar cuáles son las especies de algas que generan eventos de floración algal



Analizar la relación entre los parámetros fisicoquímicos y las abundancias de las especies de algas que presentan florecimientos



Proponer soluciones a la problemática de los florecimientos mediante herramientas de Biorremediación.

4. JUSTIFICACIÓN

Los florecimientos algales son una de las muchas señales visuales que demuestran el proceso de eutrofización de un cuerpo de agua. Betania ha sido considerada como un ecosistema estratégico desde su creación por la enorme cantidad de bienes y servicios que ofrece a la región del Huila: piscicultura. Generación de energía eléctrica, pesca artesanal, turismo y deportes náuticos (BETANIA, S.A, 2002). Entender las causas y consecuencias de los florecimientos algales en Betania permite dar una alerta a la comunidad sobre este fenómeno y proponer soluciones para que Betania termine de cumplir con su ciclo de vida que inicialmente se había propuesto para cincuenta años, de los cuales aún quedan veinte en teoría. El embalse de Betania es una de las fuentes de energía más importantes del departamento del Huila, debido a que proporciona una gran cantidad de beneficios hacia su comunidad, en la economía, turístico y recreación para su región, la represa de Betania genera 540 mega voltios, que corresponde aproximadamente al 5% de la capacidad energética instalada en el país, generando empleo a una gran cantidad de persona que trabajan en el sector energético (THORNTOM, 2007). Esta problemática que se ha venido presentando en el embalse de Betania, necesita ser intervenida con el fin de poder proponer estrategias y soluciones para mitigarla de manera sustentable (Abarca, 2002). La finalidad de esta investigación es entender cuáles son las especies de algas que están presentando floraciones en Betania, cómo se relacionan estas abundancias con los parámetros fisicoquímicos del agua y de qué manera se puede mitigar esta problemática.

5. MARCO TEORICO Se dice que en un cuerpo de agua está ocurriendo un florecimiento algal cuando hay exceso de nutrientes los organismos vegetales, entre otros, crecen en abundancia. Esto provoca que la concentración de algas aumente desproporcionadamente y la presencia de maleza acuática sobre los cuerpos de agua crezca desmesuradamente, afectando la calidad del agua y obstaculizando el paso de la luz. Sus efectos pueden interferir de modo importante con los distintos usos que el hombre puede hacer de los recursos acuáticos como abastecimiento de agua potable, riego, recreación, etc. (Hernández R. C, 2017). Los florecimientos algales han sido ampliamente estudiados en las últimas décadas, los sensores remotos, en especial los portados en plataformas satelitales se han trasformado en herramientas fundamentales para la caracterización de los ecosistemas terrestres y acuáticos. Estos sensores capturan datos en distintos tramos del espectro electromagnético que reflejan las características físicas y biológicas de los cuerpos presentes. La capacidad de interpretación de estos datos por parte de científicos y profesionales es hoy fundamental para entender procesos físicos y biológicos asociados a los ambientes naturales y agrícolas. Esta información permite a su vez tener una aproximación de las respuestas que se pueden obtener a futuro al implementar diferentes acciones en el medioambiente (Hernández R. C, 2017). El agua pura tiene unas excelentes propiedades en cuanto a transmisión de la radiación electromagnética en el espectro visible y de absorción en el infrarrojo, En cambio la reflectancia presenta un pico en el verde que va reduciéndose hasta el infrarrojo. Esta falta de reflectividad en el infrarrojo es clave para distinguir entre áreas de tierra y agua tanto en

costas o lagos como en ríos, Al incrementarse la profundidad del agua la reflectancia desciende, en cualquier longitud de onda. Cuando el agua presenta turbidez, las consecuencias sobre la respuesta espectral van a depender del tipo de partículas en suspensión (Hernández R. C, 2017). Las lagunas presentan características ópticas diferentes debido a su distinta turbidez. Esta propiedad se relaciona también con el tipo de trofismo de los cuerpos de agua y con los flujos biogeoquímicos. Permite también diferenciar dos condiciones ambientales: lagunas claras, caracterizadas por vegetación acuática emergente y aguas transparentes, y lagunas turbias, las cuales poseen abundante biomasa algal y alto contenido de materia inorgánica en suspensión. (Pulido, L. P, 2015) En la actualidad muchos cuerpos de agua están experimentando la denominada eutrofización antrópica (proveniente de la actividad humana) por efecto del incremento de la población y en consecuencia de la urbanización, agricultura, minería, aporte de aguas residuales y desechos de la industria de alimentos. Uno de los fenómenos más frecuentes en los lagos y reservorios eutróficos, en muchas partes del mundo, es la presencia de cambios evidentes relacionados con el aspecto y la calidad del agua. Tales alteraciones están asociadas principalmente con la alta concentración de nutrimentos, como el fósforo y el nitrógeno que presentan. (Pulido L. P, 2015) En esta investigación relacionaremos los datos de abundancia de las especies de algas de la CH Betania durante los últimos tres años con los parámetros fisicoquímicos del agua para establecer que parámetros están directa o inversamente relacionados con estos fenómenos. Además haremos comparaciones de área del cuerpo de agua en los últimos veinte años utilizando fotografías aéreas para observar de qué manera los fenómenos de

sedimentación están reduciendo el espejo de agua. Finalmente propondremos soluciones a la problemática del florecimiento algal por medio del uso de Biorremediación. Los florecimientos algales son una de las muchas señales visuales que demuestran el proceso de eutrofización de un cuerpo de agua. Betania ha sido considerada como un ecosistema estratégico desde su creación por la enorme cantidad de bienes y servicios que ofrece a la región del Huila: piscicultura. Generación de energía eléctrica, pesca artesanal, turismo y deportes náuticos (BETANIA, S.A, 2002). Entender las causas y consecuencias de los florecimientos algales en Betania permite dar una alerta a la comunidad sobre este fenómeno y proponer soluciones para que Betania termine de cumplir con su ciclo de vida que inicialmente se había propuesto para cincuenta años, de los cuales aún quedan veinte en teoría. El embalse de Betania es una de las fuentes de energía más importantes del departamento del Huila, debido a que proporciona una gran cantidad de beneficios hacia su comunidad, en la economía, turístico y recreación para su región, la represa de Betania genera 540 mega voltios, que corresponde aproximadamente al 5% de la capacidad energética instalada en el país, generando empleo a una gran cantidad de persona que trabajan en el sector energético (THORNTOM, 2007). Esta problemática que se ha venido presentando en el embalse de Betania, necesita ser intervenida con el fin de poder proponer estrategias y soluciones para mitigarla de manera sustentable (Abarca, 2002). La finalidad de esta investigación es entender cuáles son las especies de algas que están presentando floraciones en Betania, cómo se relacionan estas abundancias con los

parámetros fisicoquímicos del agua y de qué manera se puede mitigar esta problemática utilizando estrategias simples de biorremediación que puedan ser aplicadas por las piscícolas. Además, se va a cuantificar la reducción del espejo de agua de Betania en los últimos veinte años mediante la aplicación de herramientas SIG (MARTINEZ, P.M, 2016).

METODOLOGÍA Para esta investigación se cuenta con los datos recopilados en el laboratorio de Limnología de la Corporación universitaria del Huila CORHUILA durante un convenio con ACUAPEZ durante un periodo comprendido entre Febrero de 2014 hasta Diciembre de 2016, donde se encuentran las abundancias de las especies de fitoplancton presentes en el embalse en muestreos realizados cada dos meses durante ese periodo de tiempo y datos fisicoquímicos del embalse tomados en las mismas fechas de los muestreos de fitoplancton incluyendo: pH, Temperatura del agua, Oxígeno disuelto, Nitritos, Amonio, Alcalinidad, Dureza, Conductividad, Transparencia, Luminosidad, Velocidad del viento y Clorofila

ÁREA DE ESTUDIO

El embalse de Betania se encuentra localizado sobre los 560 msnm en el curso principal del río Magdalena en el departamento del Huila en jurisdicción de los municipios de Campoalegre, Yaguará y Hobo (Fig. 1). Está formada por dos subcuencas cada una con características particulares determinadas por la hidrodinámica de sus ríos (Yaguará y Magdalena), la acción diferencial de los vientos y la dirección de sus ejes cola-presa. La subcuenca del río Magdalena, aporta más del 90% del caudal del embalse, tiene un flujo rápido con una mayor carga de sedimentos y un alto efecto del viento (Vélez, 1989).

Figura 1: Mapa y la ubicación geográfica del departamento del Huila. El círculo rojo resalta la ubicación del embalse.

Cueva del Amor

Pijaos

New York

Bahia Brisas

Proceal-Comepez

Figura 2: Mapa de las microzonas establecidas para los muestreos. Se seleccionaron 5 microzonas para la toma de muestras: 

Zona 1- Bahía de las Brisas



Zona 2- Proceal Comepez



Zona 3- New York



Zona 4- Cueva del Amor



Zona 5- Pijaos Norte

RECOLECCION DE DATOS Las muestras de fitoplancton se tomaron utilizando una botella horizontal tipo Van– Dorn de 2,2 litros, para colectar muestras combinadas de agua (estrato superficial (20 cm.), medio (profundidad del disco secchi) y fondo (tres veces la profundidad del disco secchi). Se realizaron muestreos en desde el año 2014 hasta el año 2016 en cinco (5) estaciones ubicadas en el embalse de Betania (Fig.1) durante un periodo de un año comprendido entre Febrero de 2014 a Diciembre de 2016. Se tomaron 150 mililitros de cada muestra y se fijaron en campo con solución Transeau en proporción 1:1. Análisis cualitativo y cuantitativo de las muestras Una vez en el laboratorio las muestras se analizaron siguiendo la metodología de Utermöhl (1958). Se trabajó con un microscopio invertido (Olympus CKX31), una cámara o cubeta de sedimentación de 50 mililitros, formularios para anotar el recuento de las especies con la ayuda de las listas taxonómicas de la página web algaebase.org, las claves taxonómicas para identificación de microalgas acuáticas (Bicudo & Menezes, 2006; Streble, H., & Krauter, D.1987; Whitford, L.A., & Schumacher, G. J. 1969) y la consulta con expertos de

la Universidad Nacional de Colombia (Marta Chaparro), espacios donde anotar el recuento y guías de identificación e iconografías adecuadas al ámbito de estudio. Las muestras se dejaron aclimatar por un periodo de 12 horas previo a su análisis, con el fin de limitar corrientes de convección y favorecer la distribución al azar del fitoplancton sedimentado en la muestra. Además, cada muestra se homogenizó manualmente por una sola persona durante un periodo de tres minutos, combinando giros horizontales y verticales. El análisis cualitativo del fitoplancton, consiste en realizar un inventario de taxones, generando una lista de especies; una vez hecho esto se procede al análisis cuantitativo de las mismas en la cual se hace un recuento del número de individuos por taxón utilizando la metodología de recuentos por campos, utilizando la cuadricula del ocular y contando un número determinado de campos ópticos elegidos al azar hasta completar 500 individuos por muestra (Vicente et al., 2005). El nivel taxonómico empleado en esta investigación fue el de especie, varios taxones tuvieron que dejarse a nivel de género. El recuento se hizo utilizando toda la cubeta de sedimentación, debido a la presencia de varias especies poco representadas; no se presentaron casos con pocos organismos, por lo cual no fue necesario aumentar el volumen de sedimentación. Para el cálculo de la concentración de fitoplancton se empleó la siguiente fórmula (Vicente et al., 2005).

MEDICIÓN DE PARÁMETROS FISICOQUÍMICOS

La caracterización química que incluyo la medición de dureza, alcalinidad, solidos totales, disueltos, suspendidos y sedimentables, nitrógenos total, nitratos, amonios, fosforo total,

transparencia , luminosidad y DQO se efectuó durante la toma de agua de cada una de las estaciones, las muestras se envasaron y se refrigeraron y se enviaron a los laboratorios de análisis de aguas, además se registraron mediciones de PH y conductividad con un potenciómetro y conductivimetro, el porcentaje de oxígeno, el oxígeno disuelto y la temperatura se midieron con oximetro, también se realizaron medidas de profundidad total, y la transparencia del agua con un disco Secchi , la cantidad de CO2se obtuvo mediante la utilización de botellas aforadas de 150mm. Se tomaron datos en perfil vertical de oxígeno disuelto y temperatura en las cinco (5) estaciones (Pijaos, Bahía de las Brisas, Proceal Comepez, Cueva del Amor y New York).en cada muestreo se realizó un con el fin de valorar el comportamiento diario de las variables en cada estación de muestreo. Los datos obtenidos en campo y provenientes de del laboratorio fueron organizados en matrices dentro del programa Microsoft office Excel 2010. Se calcularon los valores promedios de las variables fisicoquímicas, se graficaron para cada estación en diferentes tiempos de muestreo. 5.4 Análisis estadísticos:

HIPÓTESIS NULA 1: No existe una diferencia significativa en las medidas de números de individuos entre las estaciones. Se realizó el análisis de varianza ANOVA y se obtuvo un valor de 0.035493 lo que significa que con un nivel de significancia de 0.05, las medias obtenidas no son diferentes y por lo tanto se acepta la hipótesis nula.

HIPÓTESIS NULA 2: No existe una diferencia significativa en las medias de número de individuos entre los meses de muestreo. Se realizó el análisis de varianza ANOVA se obtuvo un valor de 0.046619 lo que significa que con un nivel de significancia de 0.05, las medias obtenidas nos son diferentes y por lo tanto se acepta la hipótesis nula.

ANOVA KRUSKAL WALLIS: Le análisis estadístico de los daos nos permite afirmar que existe una probabilidad menor al 0.05% de que las medias de los números de individuos entre mese o estaciones sea significativamente diferente; en términos ecológicos es decir, que no existe una variación espacial (entre estaciones) ni temporal (entre meses) en cuanto al número promedio de individuos muestreado. Sin embargo, para poder asegurar que no existe una variación espacio temporal sería apropiado seguir un rango de confianza mucho más bajo e incluir otros factores como las variables ambientales del embalse.

EL CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DEL PLAN DE PROYECTO

Actividad

Junio 2017

Agosto 2017

Octubre 2017

Diciembre 2017

Febrero 2018 Marzo 2018

Junio 2018

Aprendizaje de técnicas de X laboratorio y de campo

Búsqueda de bibliografía x para antecedentes

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Análisis SIG

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Análisis bibliográfico

Sustentación

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PRESUPUESTO

RESULTADOS

TOTAL DEL ALGAS ALGAS PREDOMINANTES Fragilaria crotonensis Synedra ulna Eudorina elegans Nitzschia Gloeocapsa

78 5

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