ARTÍCULO ORIGINAL

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M.Sc. José Robledo^I, Dr.C. Eddi Alejandro Vanegas Chacón^II, Dr.C. Nancy García Álvarez^III

^I Universidad de San Carlos (USAC), Centro Universitario de Izabal, Guatemala.
^II Universidad de San Carlos (USAC), Facultad de Agronomía, Guatemala.
^III Universidad de Ciego de Ávila (UNICA), Facultad de Ingeniería, Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba.

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RESUMEN

La calidad de los cuerpos superficiales de agua de la subcuenca del Río Túnico como expresión del uso de los suelos debe monitorearse a fin de garantizar la sostenibilidad de los ecosistemas agropecuarios a través de la conservación de las fuentes hídricas. Basado en la zonificación del uso actual de la subcuenca y las lecturas mensuales de parámetros físico-químicos realizados entre julio 2012 a junio 20013 se determinó la calidad del agua del Río Túnico como respuesta al uso del suelo mediante regresión logística, utilizando como valores máximos permisibles, los establecidos por la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca del Lago de Izabal y Río Dulce. Así también, se establecieron modelos mixtos para la predicción de variables físico-químicas, mediante regresión múltiple. Independientemente del uso del suelo el estado del N-NO₃^- en el agua drenada es considerado como deseable determinándose efecto significativo del uso del suelo sobre el contenido de fósforo total, aunque el modelo es de baja calidad si se utiliza como criterio el r². No se logró establecer efecto del uso del suelo sobre N-NH₄⁺ y N-NO₂^-. El estudio de variables físico-químicas permitió elaborar modelos estadísticos de naturaleza mixta con 5% de significación para predecir conductividad, total de sólidos disueltos y salinidad.

Palabras clave: contaminación hídrica, regresión logística, conservación de recursos hídricos.

ABSTRACT

The quality of surface water bodies in the subbasin of Túnico River as an expression of land use should be monitored to ensure the sustainability of agricultural ecosystems through the conservation of water sources. Based on the current land zoning and monthly water measurements of physicochemical variables conducted between July 2012 and June 20013 as response to land use, the water quality was estimated using logistic regression, according with the maximum permissible values established by the Authority for the Sustainable Management of the Lake Izabal and Rio Dulce. Also, mixed models for the prediction of physicochemical variables were established by multiple regressions. The state of the N-NO₃^- in the drained water is considered desirable, regardless of land use, significant effect of land use on total phosphorus content was determined, however, the model was of low quality using as criteria the r². It was not possible to establish the effect of land use on N-NH₄⁺ and N-NO₂^-. The study of physicochemical variables allowed developing statistical models of mixed nature with 5% significance for predicting conductivity, total dissolved solids and salinity.

Key words: water pollution, logistic regression, water conservation.

  ]]> INTRODUCCIÓN

El uso correcto del suelo es un factor determinante para mantener la sostenibilidad de los sistemas productivos establecidos en las áreas rurales del país. sin embargo, debido a la presión que existe sobre el recurso para fines agrícolas, la expansión e intensificación de la frontera agrícola ha causado crecientes procesos de deforestación a nivel nacional (Instituto de Incidencia Ambiental, IARNA, 2003). Esto implica transformaciones del territorio, por la pérdida y reemplazo de la vegetación natural, lo que altera el equilibrio del ciclo hidrológico, en la cuenca hidrográfica rural, lo que puede conllevar a inundaciones, aumento de los niveles de contaminación, modificación en los patrones de flujo y destrucción o degradación del ecosistema (Postel y Thompson, 2005; Wang et al., 2008). Dichas actividades son cuantificadas en términos de pérdidas y traslocaciones de nutrientes hacia los cuerpos de agua, que contribuyen en gran medida a la degradación progresiva de la calidad del agua (Thorsen et al., 1996, Mertens y Lambin, 1999); lo que generar impactos significativos en las economías regionales y locales (Black y Sessay, 1997; Solecki, 2001), caso especial ocurre en los trópicos, donde esta situación se ve agravada, principalmente debido a la gran biodiversidad que existe en los bosques y al rol que juega en el balance ecológico regional y mundial (Reid, 1998; Bocco et al, 2001; ). Algunos autores proponen la reducción del conflicto del uso de la tierra, mediante un ordenamiento en función de la capacidad de uso de la tierra, que promulga prácticas de conservación de suelo y agua para reducir escorrentía y arrastre de contaminantes a los cuerpos de agua (Ramirez et al., 2008). La sub-cuenca del Río Túnico, Izabal, Guatemala presenta sobre-uso del suelo en 26,53%, uso correcto en 68,31% y el resto se encuentra en sub-uso. Es importante mencionar que en la parte alta se encuentra el área protegida de la Sierra Santa Cruz y que el área con sobre-uso la constituye en su mayoría la parte media de la cuenca, donde se está perdiendo rápidamente la calidad de los suelos, afectando la parte baja por fuertes escorrentías y acarreo de sedimentos (Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, MARN, 2007) lo que contribuye a contaminar las aguas del río afectando su calidad desde el punto de vista físico-química. Es por ello que se propone como objetivo del trabajo evaluar la calidad del agua del río Túnico, mediante el uso de métodos locales propuestos por la Autoridad para el manejo sustentable de la Cuenca hidrográfica del lago de Izabal y Río Dulce (AMASURLI), para establecer relaciones estadísticas que permitan la predicción de la misma mediante variables físico-químicas como respuesta del uso del suelo.

MÉTODOS

La sub cuenca del Río Túnico forma parte de la red hídrica del Lago de Izabal, su ubicación geográfica se encuentra a los 15°38’ 23” de latitud y 89º 12’ 45” de longitud, comprende los municipios de Livingston y El Estor ambos del departamento de Izabal. Tiene una extensión territorial de 112,49 km², limita al Norte con la sub cuenca Sumach (Livingston); al Sur con las sub cuencas Agua Caliente y Cagüijá (El Estor); al Este con las sub cuencas Sumach y La Pita; y al Oeste con la sub cuenca El Sauce (El Estor). El Túnico tiene una cobertura en el municipio de Livingston de 35,19 km² (31,28%) y en el municipio de El Estor de 77,29 km² (68,70%), siendo este río el tributario principal de la cuenca del Lago de Izabal-Río Dulce. La parte alta de la sub cuenca se encuentra entre los 1 000-700 msnm; la parte media entre los 600-200 msnm y la parte baja entre los 100-50 msnm. Los terrenos son de topografía desde accidentada hasta plana, identificándose los usos actuales como agricultura (extensiva e intensiva), ganadería, habitacional y cobertura boscosa (Figura).

Para el trabajo se utilizó la base de datos, con registros mensuales del año 2012-2013, de las aguas drenadas al Río Túnico categorizadas en función del uso del suelo de la Autoridad para el manejo sustentable de la Cuenca hidrográfica del lago de Izabal y Río Dulce (AMASURLI, 2013). Las variables respuestas fueron: pH, conductividad (S/m), total de solidos disueltos (mg/L), salinidad (%), saturación de oxígeno disuelto (%), N-NH₄⁺ (mg/L), N-NO₃^- (mg/L), N-NO₂^- (mg/L), ortofosfato (mg/L) y fósforo total (mg/L). Igualmente se determinó la temperatura al momento de colectar la muestra (°C), el caudal (m³/s) y la distancia del punto muestreado al punto de desembocadura en el lago de Izabal (km).

Para evaluar la calidad del agua mediante variables físico-químicas se realizó un análisis de regresión logística para las variable respuesta amonio, fosforo total, nitratos y nitritos, de conformidad con las categorías de estado deseable o indeseable, según los límites máximos permisibles establecidos por La Agenda de Conservación de la Cuenca del Lago de Izabal y Río Dulce (MARN, 2006) según Tabla 1. El modelo de regresión tiene como variable dependiente el estado indeseado de la variable respuesta P (Y) y como variables independientes dos cualitativas: estación y tipo de uso del suelo y tres cuantitativas: distancia a la desembocadura, temperatura del agua al momento del muestreo y caudal en el punto y momento de muestreo. Para el análisis se utilizó el procedimiento “Logistic” del programa estadístico mencionado, que permite estimar la probabilidad de ocurrencia de la variable dependiente.

P (Y) = Estado indeseable de la variable dependiente; ]]> Ei = Efecto de uso del suelo;

Fj= Efecto de época lluviosa;

Gk= Covariable de temperatura;

Hcl= Covariable de caudal;

Idm= Covariable de distancia al punto de desembocadura en el lago.

Para estudiar el efecto del uso del suelo sobre la calidad del agua en el Río Túnico, con los resultados de las variables físico-químicas de las aguas que drenan hacia el río se realizó un análisis inferencial para comparar los valores promedio de las variables de interés de los grupos definidos por la estación (seca o lluviosa) y el tipo de uso del suelo (bosque, agricultura limpia, ganadería y cultivo del banano). El análisis se realizó utilizando la técnica de modelos mixtos, mediante el procedimiento “Mixed” del programa Statistical Analysis System SAS, versión 9.3.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El N-NO₃^- no fue objeto de estudio, pues su valor máximo para el período estudiado fue menor que 5 mg/L (Límite máximo permisible), por lo que todos los valores se encuentran en el estado deseado, lo que implica que los diferentes usos del suelo, por en cuanto, no contribuyen con cargas contaminantes de nitrógeno que pudiera resultar en procesos de eutrofización. El modelo de regresión logística para el estado indeseado de las otras formas inorgánicas del nitrógeno mostró que el uso del suelo no presentó efecto significativo sobre el N-NH₄⁺ y el N-NO₂^-, solo sobre el fósforo total, no obstante, los modelos son de baja calidad tomando como criterio el coeficiente de determinación, la Tabla 2 sintetiza la información generada con 5% de significación. ]]> Como producto del análisis inferencial de las variables físico-químicas del agua que drena hacia el Río Túnico, se determinó un efecto estadísticamente significativo al 5% de uso del suelo, época (seca o lluviosa), distancia, caudal, y temperatura al momento de colecta de las muestras (Tabla 3). Pudo determinarse que no existe efecto del uso del suelo sobre el pH y los iones N-NH₄⁺ y N-NO₃^-, y sí sobre la conductividad eléctrica y el total de sólidos disueltos. La época lluviosa tuvo efectos sobre el pH, conductividad eléctrica, el total de sólidos disueltos y los iones N-NO₃^-, la distancia influyó sobre la conductividad eléctrica, el total de sólidos disueltos, salinidad y fósforo orgánico, la temperatura lo hizo sobre el pH, N-NH₄⁺ y N-NO₂^-, y el caudal solo sobre la conductividad eléctrica, salinidad y fósforo total. Teniendo como base esta información se pudieron generar modelos mixtos para predecir o elaborar hipótesis sobre cada una de las variables en estudio con efecto de por lo menos de uno de los factores evaluados, siendo los modelos independientes para cada uso del suelo y época.

Se obtuvo el siguiente modelo:

donde:

y_ijklmn-valor de la variable dependiente medida a la i distancia de la desembocadura, con la j temperatura y el k caudal, correspondiente a la l estación, el m tipo de uso del suelo y al n punto de muestreo;

μ - efecto común a todas las observaciones;

D_i- covariable, distancia del punto de muestreo a la desembocadura;

T_j- covariable, temperatura del agua en el momento del muestreo;

C_k- covariable, cuadal en el punto y momento del muestreo;

E_l- efecto fijo de la estación en la que se realizó el muestreo ]]> U_m- efecto fijo del tipo de uso del suelo asociado al punto de muestreo;

M_n- efecto aleatorio del punto de muestreo dentro de la estación y el tipo de uso;

ε_ijklmn- error aleatorio.

Los modelos con mayor coeficiente de determinación al 5% de significación fueron: Conductividad (r²=0,78), total de sólidos en suspensión (r²=0,74) y salinidad (r²=0,69), existiendo una alta correlación entre conductividad y salinidad (r=0,94). Con base en lo anterior, de conformidad con los métodos utilizados y el estado de desarrollo tecnológico de las actividades urbanas y agropecuarias desarrolladas en la subcuenca se infiere que actualmente la calidad del agua del Río Túnico no está siendo contaminada en niveles significantes, investigaciones futuras podrán evaluar el efecto del uso del suelo sobre la calidad del agua a través de indicadores de indicadores de contaminación del agua (Ramírez, 1998; Samboni, et al., 2007)

CONCLUSIONES

• El estado de la calidad del agua drenadas al río Túnico es indeseado excepto para las concentraciones del N-NO₃^- independientemente del uso del suelo, pues las concentraciones reportadas son menores al máximo permisible.

• Los modelos estadísticos generados a través del análisis inferencial con 5% de significación, sobre las variables físico-químicas del agua drenada al Río Túnico, permiten la predicción de la conductividad eléctrica, total de sólidos disueltos y salinidad.

• El uso del suelo afecta significativamente la calidad del agua en lo que respecta a la concentración del fósforo total, no así para el amonio y el nitrito. ]]>  

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido: 31 de agosto de 2013.
Aprobado: 20 de marzo de 2014.

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José Robledo. Universidad de San Carlos de Guatemala, Centro Universitario de Izabal, Guatemala, Tel. (502) 42126338. Correo electrónico: jarobledoh@yahoo.com ]]> 1 AMASURLI 2013 2 1997 96 96 587-605 3 2001 139 139 211-219 4 IARNA 2003 68 5 MARN 2006 45 6 MARN 2007 76 7 1999 1 1 1 48-52 8 2005 29 29 98-108 9 1998 1 3 3 135-153 10 2008 32 2 2 73-92 11 1998 13 13 1-9 12 2001 37 37 339-359 13 2007 27 3 3 172-181 14 1996 121-141 15 2008 72 72 56-66