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4to Congreso Internacional de Biología, Química y Agronomía. Innovación para el desarrollo sustentable. Universidad Autónoma de Guadalajara. 25 al 27 de septiembre de 2013. Página 391  

Evaluación de la concentración estacional de nutrientes y materia orgánica en los sedimentos superficiales del estero de Urías en

Mazatlán, Sinaloa

Ricardo Pérez Morales1 Miguel A. Sánchez-Rodríguez2 Daniel Alberto Palacios González2,* y

Omar Calvario-Martínez2,+

1Instituto Tecnológico de Mazatlán / Calle corsario 1 No. 203 Col. Urías CP 82070, AP 757 Mazatlán,

Sinaloa / [email protected]

2Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C Unidad Mazatlán y Manejo Ambiental / Av. Sábalo-Cerritos s/n. Estero del Yugo Mazatlán, Sinaloa /

[email protected]; [email protected]; [email protected]

* Autor que presentará trabajo.

+ Autor a quien la correspondencia deba ser enviada; [email protected]

Área del Conocimiento: Biología de Recursos Naturales

Resumen: El sistema estuarino Urías que se localiza en la ciudad de Mazatlán ha sido un

cuerpo receptor de descargas de aguas residuales, lo que posiblemente ha repercutido en el

deterioro de la calidad del agua del sistema. Debido a esta problemática, en el presente

estudio se evaluó la concentración de fósforo total, amonio y materia orgánica en los

sedimentos superficiales del sistema estuarino Urías, con el fin de conocer el estado actual del

sistema en base al impacto generado por dichos parámetros. Los muestreos fueron divididos

en tres periodos: época de lluvias, época de secas frías y época de secas cálidas. En cada

punto de muestreo se tomó una muestra de sedimento superficial. Las muestras del sedimento

superficial se tomaron por medio de una draga tipo EKMAN y se transportaron al laboratorio

para la realización de análisis de materia orgánica mediante la técnica de pérdida de peso por

ignición y los análisis de fósforo total y amonio mediante técnicas colorimétricas. De acuerdo

a los resultados obtenidos, en la época de lluvias se obtuvo 4.56 ± 2.65 %, 0.43 ± 0.42 mg/g

y 0.017 ± 0.10 mg/g de materia orgánica, fósforo total y amonio respectivamente; en la época

de secas frías se obtuvo 5.75 ± 3.02 %, 0.038 ± 0.027 mg/g y 0.021 ± 0.013 mg/g de materia

orgánica, fósforo total y amonio respectivamente; finalmente en la época de secas cálidas se

obtuvo 6.68 ± 2.51 %, 0.060 ± 0.019 mg/g y 0.027 ± 0.014 mg/g de materia orgánica, fósforo

total y amonio respectivamente. A todos los datos obtenidos durante las tres épocas de

 

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muestreo se les realizó una prueba de normalidad y un análisis de varianza (ANOVA) de una

vía con una post prueba Tukey. Según el análisis estadístico, no se presentaron diferencias

significativas en las concentraciones de materia orgánica y nutrientes entre las tres épocas en

el sistema estuarino Urías; posiblemente debido a la baja tasa de sedimentación generada

durante los tres periodos de muestreo. En cuanto a la concentración espacial, se presentó un

comportamiento similar para nutrientes y materia orgánica, registrando las concentraciones

más bajas en la zona que comprende la boca del sistema y en el canal de agua caliente de la

termoeléctrica; mientras que las concentraciones más altas se presentaron en la zona asociada

al estero del Infiernillo y a la zona industrial, posiblemente debido al constante flujo de

desechos originados en dichas áreas.

Palabras Clave: sedimentos superficiales; materia orgánica; fósforo total; amonio; sistema

estuarino Urías

Abstract: The Urias estuarine system located in the city of Mazatlan has been a receiving

body of wastewater discharges, this potentially has an impact on the deterioration of water

quality of the system. Due to this problem, in this study we evaluated the total phosphorus,

ammonium and organic matter in surface sediments of the Urias estuarine system, in order to

determine the current system state based on the impact generated by these parameters.

Samples were split into three periods: the rainy, cold dry season and dry season warm. At

each sampling point, a sample of sediment was taken. Superficial sediment samples were

taken by means of a dredge EKMAN type and transported to the laboratory for analysis of

organic material using the technique of ignition weight loss and total phosphorus analysis and

ammonium by colorimetric techniques. According to the results, in the rainy season was

obtained 4.56 ± 2.65% , 0.43 ± 0.42 mg/g and 0.017±0.10mg/g of organic matter, total

phosphorus and ammonium respectively, in the cold dry season was obtained 5.75 ± 3.02 % ,

0.038 ± 0.027 mg/g and 0.021 ± 0.013 mg/g of organic matter, total phosphorus and

ammonium respectively , and finally in the warm dry season was obtained 6.68 ± 2.51% ,

0.060 ± 0.019 mg/g and 0.027 ± 0.014 mg/g organic matter , total phosphorus and ammonia

respectively. All data collected during the three sampling periods underwent a normality test

and analysis of variance (ANOVA) with a post via Tukey test. According to statistical

analysis, there were no significant differences in the concentrations of organic matter and

nutrients between the three epochs in the estuarine system Urias, possibly due to the low rate

of sedimentation generated during the three sampling periods. Regarding the spatial

concentration showed similar behavior for nutrients and organic matter, recording the lowest

concentrations in the mouth comprising the system and the channel thermal hot water, while

the highest concentrations were presented in the estuary associated with Infiernillo and

industrial area, possibly due to the constant flow of wastes generated in these areas.

 

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Keywords: surface sediments; organic matter; total phosphorus; ammonia; Urias estuarine

system

1. Introducción

Los humedales costeros, en particular los manglares, son ecosistemas diversos y de gran importancia ecológica que brindan una gran variedad de servicios ambientales. Están considerados como zonas de alimentación, refugio y crecimiento de crustáceos y alevines, actúan como sistemas naturales de control de inundaciones y como barreras contra huracanes e intrusión salina, controlan la erosión y protegen las costas, mejoran la calidad del agua al funcionar como filtro biológico, contribuyen en el mantenimiento de procesos naturales tales como respuestas a cambios en el nivel del mar, mantienen procesos de sedimentación, son refugio de flora y fauna silvestre, poseen un alto valor estético, recreativo así como de investigación [1].

Para mantener en equilibrio la producción dentro de dichos ecosistemas, los organismos autótrofos requieren de nutrientes como el fósforo y el nitrógeno. Sin embargo, las actividades antropogénicas han roto este equilibrio [2]. Una fracción significativa de los nutrientes requeridos por los productores primarios son suministrados por los sedimentos [3] [4]; ya que los sedimentos de los ecosistemas marino-costeros, como los manglares, se consideran como un gran reservorio de nutrientes, los cuales se encuentran incorporados en la materia orgánica [5]. En la actualidad los sistemas lagunares costeros se encuentran frecuentemente impactados por actividades antropogénicas, dentro de los cuales se encuentran los asentamientos humanos, las industrias y las aguas residuales. El sistema de esteros Urías, que se localiza en la zona industrial de Mazatlán, cuenta con plantas procesadoras y empacadoras de productos marinos (atún y camarón), muelles y zona de atracadero para la flota pesquera, una planta termoeléctrica perteneciente a la CFE, dos astilleros y dos granjas acuícolas [1]. Este desarrollo industrial, aunado al crecimiento de asentamientos irregulares de población, que (carecen de agua potable y drenaje), vierten hacia el sistema estuarino una gran variedad de sustancias contaminantes dentro de las cuales están incluidas las fuentes nitrogenadas y las fosforadas, así como también un gran aporte de materia orgánica. Estas descargas contribuyen al deterioro de la calidad del agua, afectando el ecosistema y la vida de las especies que en el habitan [1]. El presente trabajo busca evaluar los niveles de concentración estacional de nitrógeno en forma de amonio, fósforo total y materia orgánica en los sedimentos superficiales del estero de Urías. 2. Materiales y Métodos 2.1 Área de estudio El sistema estuarino Urías, se localiza al sur del estado de Sinaloa, en el municipio de Mazatlán. Está limitado al noroeste por el puerto de Mazatlán y el poblado de Urías y al sur por el poblado de la Isla de La Piedra. Se ubica entre las coordenadas geográficas 23° 09’ a 23° 13’ de latitud norte y 106° 20’ a

 

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106° 25’ de longitud oeste. La boca que lo comunica con el océano Pacífico y el Golfo de California es libre y permanente; ésta se encuentra ubicada en su parte occidental y tiene 150 m de ancho y una profundidad aproximada de 12 m. Tiene aproximadamente 18 km2 (1,800 hectáreas) de superficie; un perímetro litoral de 23 km, una anchura que fluctúa entre 0.1 y 1.13 km y su espejo de agua es aproximadamente de 12.8 km2. Está conformado por los esteros conocidos localmente como estero del Astillero (Canal de Navegación), estero de Urías, estero La Sirena, estero El Infiernillo y estero El Confite (Fig. 1) [1].

Figura 1. Ubicación geográfica del sistema estuarino Urías.

2.2 Toma de muestra

Las estaciones de muestreo fueron seleccionadas tomando en cuenta las principales zonas de actividad dentro del sistema estuarino Urías. Las primeras tres estaciones comprenden la boca del sistema y el canal de navegación frente a Pemex y frente al embarcadero Isla de la Piedra; las estaciones 4 y 5 corresponden al estero el Infiernillo; las estaciones 6, 7 y 8 corresponden a la zona industrial, las cuales se encuentran en el canal de navegación; las estaciones 9 y 10 comprenden la zona de la termoeléctrica; y la estación 11 corresponde a la cabeza del sistema estuarino, donde se ubican granjas camaronícolas (Fig. 2).

 

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Figura 2. Sistema estuarino Urías con la ubicación de las 11 estaciones de muestreo. Para la localización de las estaciones de muestreo se utilizó un GPS Map76 Garmin. Las muestras se tomaron del sedimento superficial por medio de una draga tipo EKMAN (Fig. 3) en las 11 estaciones de muestreo seleccionadas. Se colectaron los primeros 2 cm del sedimento, el cual fue transferido a bolsas Ziploc donde se homogenizó para ser guardado en una hielera con hielo suficiente para su transportación al laboratorio; posteriormente se llevó a cabo el análisis de materia orgánica y de nutrientes. 2.3 Procedimiento de datos La determinación de fósforo total se utilizó la técnica de extracción por oxidación y la técnica de cuantificación colorimétrica, ambas propuestas por Valderrama [6]. En cuanto a la determinación de amonio en sedimento se utilizó la técnica de extracción de amonio en sedimento y la técnica colorimétrica para la cuantificación de amonio por el método de Boyd [7]. Finalmente para la determinación de materia orgánica se utilizó como referencia el método de pérdida de peso por ignición (PPI) descrito por Boyd [7]. Los resultados de fósforo total y amonio se obtuvieron mediante el programa UV-Vis del espectrofotómetro, posteriormente los datos fueron ordenados y agrupados en épocas en una hoja de cálculo en Excel, obteniendo el promedio general y su desviación estándar. Los resultados de materia orgánica fueron capturados en una hoja de cálculo de Excel; los datos registrados de cada muestreo fueron agrupados en tres épocas, obteniendo el promedio general y su desviación estándar. A todos los datos obtenidos de cada temporada para cada parámetro se les realizó una prueba de normalidad en la cual todos fueron positivos (normales). Por lo tanto, el análisis estadístico utilizado fue un análisis de varianza (ANOVA) de una vía con una post prueba Tukey mediante el programa GraphPad Prism 4.0 (Graph Pad Software, San Diego, CA.), donde se utilizó como valor mínimo el 95% de confianza (p<0.05). 3. Resultados y discusiones

Ciudad Mazatlán 

Bahía 

 Mazatlán 

Isla de la Piedra

Océano Pacifico 

 

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3.1 Fósforo total La época de lluvias presentó una concentración promedio de fósforo total de 0.043 ± 0.042 mg/g. La estación 8, la cual se encuentra frente a Maz Industrial, presentó la concentración más alta con 0.153 mg/g; mientras que en la estación 1, que está ubicada en la boca del sistema estuarino, presentó la concentración más baja con 0.015 mg/g. La época de secas frías presentó una concentración promedio de fósforo total de 0.038 ± 0.027 mg/g. La concentración más alta, al igual que en la época anterior, se presentó en la estación 8, la cual fue de 0.103 ± 0.01 mg/g; mientras que la concentración más baja fue de 0.012 ± 0.016 mg/g para la estación 3 (frente al embarcadero Isla de la Piedra). La época de secas cálidas presentó una concentración promedio de 0.060 ± 0.019 mg/g. La concentración más alta fue de 0.094 ± 0.013 mg/g, la cual se registró en la estación 3 que está ubicada en el canal de navegación frente al embarcadero Isla de la Piedra. La concentración más baja se presentó en la estación 1, ubicada en la boca del sistema estuarino, con 0.032 ± 0.040 mg/g (Fig. 3). Las zonas asociadas a la boca del sistema y al canal de agua caliente de la termoeléctrica presentaron los niveles más bajos de concentración de fosforo total; mientras que los valores de concentración más elevados se registraron en el estero del infiernillo y en la zona industrial, en particular la estación ubicada frente a Maz Industrial, en la cual se registró la concentración más alta de fosforo total, que fue de 0.153 mg/g. De acuerdo a los resultados obtenidos, las variaciones de concentración entre cada una de las estaciones presentaron un comportamiento muy similar a los porcentajes obtenidos de materia orgánica. Esto puede ser debido a que gran parte del fósforo que se encuentra presente en el sistema puede provenir de la descomposición de la materia orgánica sedimentada [8]. Un trabajo similar que evalúa la concentración de fósforo total en los sedimentos del sistema estuarino Urías, es el presentado por Ochoa [9]; en el cual registró concentraciones de fosforo total que van de 0.188 mg/g a 0.399 mg/g para la cabeza y la boca del sistema respectivamente, en época de secas y de 0.156 mg/g a 0.228 mg/g para las mismas regiones en época de lluvias. Al comparar dichos resultados, se puede ver que presentan un comportamiento similar en cuanto a la variación de concentración entre las épocas; sin embargo, las concentraciones de fosforo total obtenidas por Ochoa [9] son mayores en comparación a los obtenidos en el presente estudio; esto puede ser debido a que en las zonas de muestreo se estaba dragando el sedimento, por lo tanto, es posible que la baja concentración de fosforo total haya sido producto de dicho factor. 3.2 Amonio Durante la época de lluvias se presentó una concentración promedio de amonio de 0.017 ± 0.010 mg/g. La concentración más alta se presentó en la estación 10 con 0.042 mg/g, la cual está ubicada frente a la termoeléctrica. La concentración más baja se registró en la estación 7 con 0.005 mg/g, ubicada en el canal de navegación frente a Pinsa.

 

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La época de secas frías presentó una concentración promedio de amonio de 0.021 ± 0.013 mg/g. La estación 8 ubicada en el canal de navegación frente a Maz Industrial presentó la concentración más alta con 0.043 ± 0.014 mg/g; mientras que la estación 2 ubicada en el canal de navegación frente a Pemex presentó la concentración más baja con 0.007 ± 0.006 mg/g. Finalmente la época de secas cálidas registró una concentración promedio de amonio de 0.027 ± 0.014 mg/g. La concentración más alta se registró, al igual que en la época de secas frías, en la estación 8 con 0.062 ± 0.032 mg/g; mientras que la concentración más baja se registró en la estación 1, ubicada en la boca del sistema estuarino, con 0.010 ± 0.002 mg/g (Fig. 4). El comportamiento de las concentraciones de amonio en cada estación fue muy similar al obtenido por materia orgánica y por fósforo total; ya que las concentraciones más bajas se presentaron en la zona asociada a la boca del sistema y al canal de agua caliente de la termoeléctrica. Esto puede ser debido a la cercanía de la boca del sistema con el océano, lo cual incrementa el flujo de corrientes marinas que en el resto del sistema, provocando una baja tasa de sedimentación de los nutrientes presentes en la columna de agua. En el caso de la estación ubicada en el canal de agua caliente de la termoeléctrica, la baja concentración puede estar relacionada con las elevadas temperaturas presentes en la columna de agua. Por otro lado, las concentraciones más elevadas se registraron en la zona asociada al estero del Infiernillo, a la zona industrial y frente a la termoeléctrica. Esto debido al gran aporte de materia orgánica que genera el arroyo Jabalines sobre el estero del Infiernillo. En cuanto a la zona industrial, es muy probable que algunas de las industrias que operan en dicha zona, vierten sus aguas residuales al sistema estuarino, las cuales pueden ser una fuente rica en nutrientes; en especial en la estación ubicada frente a Maz industrial, donde se presentó la concentración más elevada de amonio con 0.062 mg/g. Por otro lado, la alta concentración de amonio frente a la termoeléctrica, puede estar asociada a las descargas de los drenes provenientes de la ciudad de Mazatlán, aportando una gran cantidad de nutrientes. Un estudio realizado por Morín et al. [12] en el sistema estuarino Laguna Madre, ubicado en el sur de Texas, trata sobre la concentración de amonio en el sedimento superficial de dicho sistema; en el cual se draga constantemente el sedimento para el trafico del Puerto Isabel y el Puerto de Corpus Christi. En dicho estudio encontraron concentraciones de amonio que van de 0.03 mg/g a 0.585 mg/g. Al comparar las concentraciones mencionadas anteriormente con las obtenidas en el presente estudio, se puede apreciar que en éste se presentan más bajas, ubicando concentraciones más elevadas en el estudio realizado por Morín, et al. [12]. 3.3 Materia orgánica Durante la época de lluvias el porcentaje promedio de materia orgánica fue de 4.19 ± 2.48 % para todo el estero. El porcentaje más alto registrado de materia orgánica fue de 8.04 % para la estación 4, la cual pertenece a la boca del estero el Infiernillo; mientras que el porcentaje más bajo fue de 1.65 % para la estación 3, la cual pertenece al canal de navegación frente al embarcadero Isla de la Piedra. Para la época de secas frías se presentó un porcentaje promedio de 6.47 ± 3.12 % de materia orgánica para todo el estero. La estación 4 (boca del estero el Infiernillo) presentó el porcentaje de materia orgánica más elevado que fue de 10.43 ± 0.03 %; mientras que la estación 3 (frente al embarcadero Isla de la Piedra) presento el porcentaje más bajo con 1.65 ± 0.12 %.

 

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Finalmente la época de secas cálidas presentó un porcentaje promedio de materia orgánica de 6.48 ± 2.47 %; porcentaje muy similar al presentado en la época de secas frías. Al igual que en las épocas anteriores, el porcentaje más elevado de materia orgánica se presentó en la estación 4, con 10.61 ± 0.83 %; mientras que el porcentaje más bajo se presentó en la estación 1 con 2.89 ± 0.17 %, la cual pertenece a la boca del sistema estuarino (Fig. 5). El porcentaje de materia orgánica obtenido en cada estación presentó un comportamiento similar durante las tres épocas de muestreo, encontrándose los valores más bajos en la zona asociada a la boca del sistema y en el canal de agua caliente de la termoeléctrica; mientras que las regiones asociadas al estero del Infiernillo y a la zona industrial presentaron los porcentajes más elevados de materia orgánica. Lo anterior puede ser debido a que en la región de la boca del sistema la profundidad es mayor y al estar más cerca del océano, el flujo de las corrientes marinas son más constantes que en el resto del sistema; por lo tanto, puede verse afectada la tasa de sedimentación de la materia orgánica presente en la columna de agua. El bajo porcentaje de materia orgánica registrado en el canal de agua caliente de la termoeléctrica (estación 9) puede estar asociada a la alta temperatura en la columna de agua. Según Ruttner [13] las altas temperaturas en la columna de agua hacen que los microorganismos mineralicen el material orgánico a velocidades más altas, antes de que precipite hacia el sedimento. Por lo tanto la acumulación de materia orgánica en el sedimento de dicha área es menor. Por otro lado, el alto porcentaje de MO registrado en el estero del Infiernillo puede ser debido a que en dicha área desemboca el arroyo Jabalines, el cual atraviesa parte de la ciudad de Mazatlán y es allí donde descargan los desechos originados por las poblaciones aledañas que carecen de agua potable y drenaje [1]; por lo tanto, dichas descargas pueden generar un gran aporte de materia orgánica hacia el sistema. En lo que respecta a la zona industrial, al alto porcentaje de materia orgánica puede ser debido a que en dicha área son comunes las descargas residuales de las industrias que operan en el parque industrial Alfredo V. Bonfil; las cuales pueden presentar alto contenido de materia orgánica. En su trabajo Ochoa [9] afirma que la concentración de materia orgánica está relacionada con el tipo de sedimento, demostrando mediante análisis granulométricos que en la zona que comprende el estero infiernillo se presenta el tamaño de grano más pequeño (limos y arcillas) y la concentración más alta de materia orgánica que en el resto del sistema estuarino Urías. Al comparar los porcentajes de materia orgánica obtenidos en este trabajo, estos presentaron menor variación en las épocas de muestreo, ya que los obtenidos por Ochoa [9] presentaron variaciones de 25.7 % en época de secas, a 4.5 % en época de lluvias para la cabeza del sistema estuarino. Aun así los porcentajes obtenidos en dicho trabajo son mayores a los registrados en el presente estudio. 3.4 Análisis estadístico

 

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De acuerdo al análisis estadístico materia orgánica, fósforo total y amonio no presentaron diferencias significativas de concentración en las tres épocas de muestreo (Tabla 1). Esto puede ser debido a la tasa de sedimentación, ya que en una zona costera normalmente oscila entre 0.3 y 1.0 cm por año, así que cada cm de profundidad en sedimento contendría la información de 1 a 3 [14]; por lo tanto no fue posible encontrar diferencia en las concentraciones de nutrientes y materia orgánica obtenidas durante las tres épocas, ya que los muestreos se realizaron con un intervalo de 1 a 3 meses.

Figura 3. Comparación de las concentraciones de fósforo total obtenidas en las 11 estaciones de muestreo durante las tres épocas (lluvias, secas frías y secas cálidas).

 

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Figura 4. Comparación de las concentraciones de amonio obtenidas en las 11 estaciones de muestreo para las tres épocas (lluvias, secas frías y secas cálidas).

Figura 5. Comparación de los porcentajes de materia orgánica obtenidos en las tres épocas de muestreo.

 

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Tabla 1. Valores promedio de los parámetros analizados en las tres épocas de muestreo

Parámetro Lluvias Secas frías Secas cálidas

FT (mg/g) 0.043 ± 0.042A 0.038 ± 0.027A 0.060 ± 0.019A

AMONIO (mg/g) 0.017 ± 0.010A 0.021 ± 0.013A 0.027 ± 0.014A

MO (%) 4.56 ± 2.65A 5.71 ± 3.02A 6.68 ± 2.52A

Nota: Superíndices diferentes indican diferencias significativas (p<0.01).

4. Conclusiones

• No se presentaron diferencias significativas en las concentraciones de materia orgánica, fósforo total y amonio entre la época de lluvias, época secas frías y época secas cálidas; posiblemente se debe a la baja tasa de sedimentación generada durante dichas épocas de muestreo.

• En cuanto a la concentración espacial, se presentó un comportamiento similar de nutrientes y de materia orgánica, ubicando los puntos de muestreo asociadas con la boca del sistema y al punto ubicado en el canal de agua caliente de la termoeléctrica con las concentraciones más bajas; mientras que las concentraciones más altas se registraron en los puntos asociadas con el estero del Infiernillo y con la zona industrial.

Referencias

[1] CONAGUA (2011). Proyecto emblemático: Saneamiento del sistema estuarino Urías en la ciudad de Mazatlán, Sinaloa. Organismo de Cuenca Pacífico Norte, Grupo de Planeación del Proyecto. 78 p.

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[6] Valderrama, J. (1981). The simultaneous analysis of total nitrogen and total phosphorus in natural waters. Marine Chemistry (10): 109-122 pp.

 

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[13] Ruttner, F. (1953). Fundamentals of Limnology. University of Toronto Press, Toronto. 242 p.

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