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 preservación del lago de Izabal depende del control de la calidad del agua de sus afluentes, por lo que el monitoreo de variables físico-químicas y biológicas de forma continua permite identificar variaciones en los niveles de contaminación, esto permite evaluar la propuesta del mejor y mayor uso de los suelos en las respectivas subcuencas de la cuenca del lago de Izabal y Río Dulce a través de la Autoridad del Lago. Basados en los registros bimensuales de variables físico-químicas y biológicas de los afluentes del lago, de la serie de años de 2005 al 2011, se determinó que el estado del N-NO₃- en el lago es considerado como deseable, de conformidad con los estándares de la Agenda de Conservación del Lago. La modelación logística no estableció efecto significante de época y posición sobre N-NH₄⁺ y fósforo total, no obstante, sí lo estableció sobre oxígeno disuelto y transparencia, sin embargo, los modelos son de baja calidad utilizando como criterio el r². Las variables respuesta con correlación al 5% de significación fueron: Ni y Mn (0,731), sólidos en suspensión y Cr (0,7019), sólidos en suspensión y oxígeno disuelto (-0.80), sólidos en suspensión y % de saturación de oxígeno disuelto (-0,791). Igualmente se determinaron modelos estadísticos con 5% de significancia para la predicción de la conductividad, porcentaje de sales, transparencia y sólidos en suspensión.

Palabras clave: manejo de cuencas hidrográficas, contaminación hídrica, regresión logística, control de calidad.

ABSTRACT

The preservation of Izabal Lake depends on the water quality control of its tributaries, since the monitoring of physicochemical and biological variables continuously allows identifying variations in pollution levels; this allows, at the same time, better criteria to evaluate the largest and better land use proposal in the respective sub-basins of the Izabal Lake and Rio Dulce through the Lake Authority. Based on bimonthly records of physicochemical and biological properties of the tributaries of the lake, during the years from 2005 to 2011, it was determined that the condition of N-NO₃- in the lake is considered desirable, in accordance with standards of the Conservation Agenda Lake. Logistics modeling did not establish significant temporary and special effect on N-NH₄⁺ and total phosphorus, however, it was established on dissolved oxygen and transparency although those are low quality models using the r² criterion. The response variables with correlation at 5% level were: Ni and Mn (0,731), suspended solids and Cr (0,7019), suspended solids and dissolved oxygen (-0,80), suspended solids and % saturation of dissolved oxygen (-0,791). Statistical models are determined using 5% significance for prediction of the conductivity, salinity, suspended solids and transparency.

Key words: river basin management, water pollution, logistic regression, quality control.

  ]]> INTRODUCCIÓN

El estudio sobre calidad de los cuerpos de agua es centro de atención de la investigación ambiental y tema de interés para los pueblos y gobiernos, para planificar y regular su uso y/o conservación. Las relaciones hombre-ambiente se manifiestan como cambios en la cobertura y uso del suelo en la cuenca hidrográfica (Chen y Yang 2008) y son reconocidos por varios autores desde hace más de dos décadas como causa de cambios en el ambiente global (Lambin, 1997). Los lagos se originan principalmente por la obstrucción del drenaje superficial debido a procesos morfogenéticos, conformando una estructura temporal en la historia erosional de los sistemas geográficos (Bellair y Pomero, 1977). Éstos reciben aportes sólidos y líquidos de su cuenca de drenaje, por escurrimiento lineal, laminar y subterráneo, razón por la cual las características de la calidad del agua reflejan los efectos acumulados de todos los aportes de agua y materiales procedentes del entorno. La estrecha relación entre el estado trófico de un sistema limnético y las condiciones geográficas y particularmente geomorfológicas de los lagos y de su cuenca de drenaje, han sido reportada por Ryding y Rast (1992). A menudo, estos ecosistemas están amenazados debido a que, la actividad antropogénica los convierte en receptores de toda clase de desechos, es por ello que muchos de los ecosistemas acuáticos son monitoreados periódicamente, tal como sucede en la Bahía de Matanzas (Ruiz et al., 2005) y la Bahía de La Habana (Beltrán et al. 2005), en Cuba. El monitoreo o control de la calidad de los cuerpos de agua es fundamental para garantizar a los decisores información fidedigna de lo que ocurre en estos ecosistemas, lo cual es imprescindible para cualquier acción de manejo, como es el uso agrícola. Los principales métodos de evaluación son índices de calidad del agua (Behar et al., 1997) o técnicas quimiométricas (Kowalkowski, 2006; Voncina et al., 2002; Samboni et al., 2007). Siendo el lago de Izabal el mayor de Guatemala, muchos son los esfuerzos realizados para su manejo y/o conservación a través de la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca Hidrográfica del Lago de Izabal y río Dulce (AMASURLI), pudiendo mencionarse el Plan de Acción Integrado de la Cuenca (Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales (Guatemala, Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, 2007a), la Agenda de Conservación (Guatemala, Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, 2006) y la Agenda Estratégica Institucional de AMASURLI (Guatemala, Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, 2007b), documentos todos que resumen los principios para garantizar la mejor salud del lago. Siendo objetivos de este trabajo evaluar la calidad del agua del lago espacial y temporalmente a través de una metodología local, fundamentada en valores máximos permisibles de variables físico-químicas establecidas por la Agenda de Conservación de AMAZURLI y establecer modelos de regresión múltiple para su predicción.

MÉTODOS El lago de Izabal está ubicado entre las latitudes 15°24’N a 15°38’N y las longitudes 88°58’W a 89°25’W. La cuenca del lago de Izabal va desde la costa del Mar Caribe hasta 250 kilómetros tierra adentro en la parte alta de las Verapaces. Posee un área de 717 kilómetros cuadrados, una profundidad media de 11,6 metros, una longitud máxima de 70 kilómetros y un ancho máximo de 20 kilómetros (Guatemala, Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, 2007a). El 25,5% del lago presenta profundidades menores de 6 m y la profundidad del resto está comprendida entre 6 y 15 m (Guatemala, Oficina Técnica de Biodiversidad, 2003). La AMAZURLI realiza colectas y análisis de muestras de agua del lago de Izabal de forma bimensual tanto en la denomina época seca (meses de noviembre a marzo) como de lluvia (abril a octubre).

Los puntos de muestreo fueron ubicados en la desembocadura de los principales ríos que drenan sus aguas hacia el lago (Chapín, Escoria, Estor, Finca Carolina, Finca Paraiso, Jocolo, Playa Dorada, Polochic Bujajal, Punta Brava y Sechoc) y en la propia área central del lago en los puntos mostrados en la Figura.

Las muestras se colectaron de forma superficial y las variables determinadas fueron: pH, saturación de oxígeno disuelto (%), conductividad (S/m), Sales (%), todas por sonda multiparamétrica; transparencia (metros) por disco Secchi; amonio (mg/L), nitritos (mg/L), nitratos (mg/L), fósforo total (mg/L), ortofosfatos (mg/L), Mn (mg/L), Fe (mg/L), Cr (mg/L), Al (mg/L), Pb (mg/L) y demanda química de oxígeno (mg/L) por espectrofotometría visible utilizando un espectrofotómetro Nova 60; demanda biológica de oxígeno (mg/L) por OxiTop; Sólidos sedimentarios-20 min. (mg/L), sólidos sedimentarios-60 min. (mg/L) por conos Imhoff; sólidos en suspensión (mg/L) por filtración y secado y presencia o ausencia de E. coli por prueba de cultivo para coliformes (NMP/100). Para el estudio se utilizó la base de datos con registros bimensuales de la serie de años de 2005 al 2011 (Guatemala, Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca del Lago de Izabal y Río Dulce, 2013).

En primera instancia se realizó un análisis de regresión logística para las variables respuesta: amonio, fosforo total, nitratos, nitritos, oxígeno disuelto y transparencia en el agua del lago, 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 (Guatemala, Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, 2006), para cuerpos de agua lentico (Tabla 1).

El modelo de regresión logística utilizó como variable dependiente el estado indeseado de la variable respuesta P (Y), con variables independientes cualitativas de época y posición y como variable independiente cuantitativa, la temperatura del agua al momento del muestreo. Para el análisis se utilizó el procedimiento “Logistic” del programa estadístico mencionado, que permitió estimar la probabilidad de ocurrencia de la variable dependiente.

P (Y) = 1/ (1 + exp (- (E_i + P_j + CT_k))

P (Y)- Probabilidad del estado indeseable de la variable dependiente;

E_i -Efecto de época; ]]> P_j-Efecto de posición;

T_k- Covariable de temperatura.

Para estudiar la dinámica de las variables físico-químicas en el agua del lago de Izabal se realizó un análisis de correlación de Pearson, para establecer el grado de asociación entre variables y posteriormente un análisis inferencial para comparar los valores promedio de las variables estudiadas en grupos definidos por posición dentro del lago (centro u orilla) y época (seca o lluviosa). Para ello se utilizó la técnica de modelos mixtos, mediante el procedimiento “Mixed” del programa Statistical Analysis System SAS, versión 9.3. La presencia o ausencia de E. coli, se evaluó mediante una prueba de Chi-cuadrado, según época (seca y lluvia) y posición (centro del lago y orilla).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La evaluación de la calidad del agua mostró que los indicadores físico-químicos evaluados se encontraban en el estado indeseado, aunque mostraron diferencias estadísticas en cuanto al efecto de época y posición para el oxígeno disuelto y efecto de posición para la transparencia. En cuanto al efecto temperatura se encontraron diferencias con el amonio, el oxígeno disuelto y la transparencia. El ión nitrato no fue objeto de estudio pues su valor máximo no alcanzó los límites máximos permisibles (menor o igual que 5 mg/L). Se identificaron como indicadores de sensibilidad el oxígeno disuelto y la transparencia, sobre los cuales existió efecto significativo tanto en la época lluviosa como en el centro del lago aún cuando el coeficiente de determinación de todas las estimaciones fue de poca calidad (Tabla 2).

Existieron correlaciones positivas a un nivel de significación del 5%, entre oxígeno disuelto (mg/L) y porcentaje de saturación de oxígeno disuelto (0,886), conductividad y porcentaje de sales (0,876), Ni y Mn (0,731), Ni y fósforo orgánico (0,564), DQO y N-NO₃- (0,58), sólidos sedimentarios-20 min. y fósforo total (0,657), sólidos sedimentarios- 60 min. y fósforo total (0,659), sólidos en suspensión y Cr (0,7019), sólidos en suspensión y Al (0,618), sólidos sedimentarios 20 min. y sólidos sedimentarios 60 min. (0,99), y correlaciones negativas entre sólidos en suspensión y Oxígeno disuelto (-0,80), sólidos en suspensión y porcentaje de saturación de oxígeno disuelto (-0,791), sólidos en suspensión y DQO (-0,606). Como producto del análisis inferencial se determinó un efecto estadísticamente significativo al 5% de la época de muestreo, posición y temperatura al momento de colecta de las muestras, según se observa en la Tabla 3, donde también se muestra que las variables N-NH₄⁺, N-NO₂^-, Pb, DBO₅, DQO y sólidos en suspensión, no presentan efecto de estación, posición y temperatura al momento de colecta de las muestras. Las variables pH, oxígeno disuelto, conductividad, hierro y solidos sedimentarios-20 min. sí presentan efecto de época en la estación lluviosa y de posición en el centro del lago, así como la temperatura al momento de colecta de la muestra. Las variables N-NO_3-, P total y Al presentan efecto de posición en el centro del lago y el Cr efecto de estación en la época lluviosa mientras que el Cu y el Al no presentan efecto de temperatura al momento de toma de la muestra. Otro elemento interesante a considerar es que el lago de Izabal es un sistema abierto con una entrada (río Polochic) y una salida (río Dulce, que drena al Mar Caribe), con tiempo de resiliencia del agua en el lago estimada en 6,6 meses, es decir como promedio el agua del lago se re-cambia dos veces por año (Brinson y Nordlie, 1975). Basados en esta información, se pudo generar modelos mixtos para predecir o elaborar hipótesis sobre cada una de las variables de estudio, con efecto de por lo menos uno de los factores época, posición y temperatura, los modelos son de la forma:

donde: ]]> y_ijklm-valor de la variable dependiente medida con la iª temperatura, en el jº posición, correspondiente a la lª época;
μ-efecto común a todas las observaciones;
T_i-covariable, temperatura del agua en el momento del muestreo;
A_j-efecto fijo de la jº posición (se evaluó la posición centro);
P_k-efecto fijo de la lª época (se evaluó la época de lluvia);
ε_ijk-error aleatorio.

Los modelos de mayor coeficiente de determinación al 5% de significación son conductividad electrica (r²= 0,52), porcentaje de sales (r²= 0,56), transparencia (r²= 0,56), Ni (r²=0,44) y sólidos en suspensión (r²= 0,78). Respecto a la calidad biológica la prueba de Chi cuadrado, con significación al 5%, indicó que existe una mayor cantidad de puntos muestreados con E. coli positivos durante la época seca y posición de orilla en el lago de Izabal (Tabla 3).

CONCLUSIONES ]]> • La calidad del agua respecto a la concentración de N-NO₃^- es considerada como deseable, pues durante los años 2005-2011 su valor máximo no sobrepasa el máximo permisible de 5 mg/L.

• Se determinó efecto significativo de época y posición respecto al oxígeno disuelto y transparencia, sin embargo, los modelos logísticos son de baja calidad utilizando como criterio el r². No se determinó efecto significante sobre N-NH₄⁺ y P total.

• Los modelos estadísticos generados a través del análisis inferencial con 5% de significación permiten la predicción de la conductividad, porcentaje de sales, transparencia y sólidos en suspensión.

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Recibido: 31 de agosto de 2013. ]]> Aprobado: 22 de julio de 2014.

José Robledo. Universidad de San Carlos (USAC), Centro Universitario de Izabal, Tel. (502) 42126338, Guatemala. Correo electrónico: jarobledoh@yahoo.com ]]> 1 1997 1 1 17-27 2 1977 3 2005 4 1975 19 19 1468-1479 5 2008 53 53 1401-1412 6 AUTORIDAD PARA EL MANEJO SUSTENTABLE DE LA CUENCA DEL LAGO DE IZABAL Y RÍO DULCE (AMASURLI) 2013 7 AUTORIDAD PARA EL MANEJO SUSTENTABLE DE LA CUENCA DEL LAGO DE IZABAL Y RÍO DULCE (AMASURLI) 2006 8 MINISTERIO DE AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES (MARN) 2006 45 9 MINISTERIO DE AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES (MARN) 2007 76 10 MINISTERIO DE AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES (MARN) 2007 34 11 OFICINA TÉCNICA DE BIODIVERSIDAD (OTECBIO) 60 12 2006 40 40 744-752 13 1997 21 3 3 375-393 14 2005 15 1992 16 2007 27 27 172-181 17 2002 462 462 87-100