universidad de los andes determinación de fósforo total
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Universidad de Los Andes
Determinación de fósforo Total, Nitrógeno y Carbono orgánico en sedimentos del Lago de Tota
Boyacá, Colom bia.
Juan Manuel Solano Peña
Director JOSE EFRAÍN RUIZ
Julio de 2005
Departamento de Ciencias Biológicas
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a: A mis padres Isabel y Reinaldo por su apoyo a mi Hermano, a mi tia Lucy y mi hermano. Profesor Efraín Ruiz mi director por apoyar mi trabajo y darme la orientación necesaria para realizar este trabajo. Profesor Edgar Vargas codirector de mi trabajo siempre pendiente de todo el proceso y proveyó todo lo necesario para realizar el trabajo cuando lo necesite. Profesor Emilio Realpe codirector de mi trabajo por apoyar este trabajo en aspectos bibliográficos y técnicos. Luis Fernando Mejia director de laboratorios de química por su guía en toda la parte experimental. Finalmente al departamento de química en donde el trabajo fue excelente gracias a la total colaboración de todas las personas del departamento. Y a mis amigos y compañeros en el estudio del lago de Tota.
A mis padres Isabel y Reinaldo por su apoyo a mi Hermano, a mi tía Lucy y a mis amigos
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I - INTRODUCCION. ......................................................................................................3 II – OBJETIVOS..............................................................................................................4
2.1 Objetivo General. ............................................................................................4 2.2 Objetivos Específicos. ....................................................................................4
III - REVISIÓN DE LA LITERATURA...........................................................................5 3.1 Los Sedimentos...............................................................................................5 3.2 Nitrógeno y Fósforo en los sedimentos .......................................................7
IV Mater iales y metodología........................................................................................12 4.1 Descr ipción del área de estudio. ................................................................12 4.2 Metodología de campo.................................................................................14 4.3 Metodología de laboratorio..........................................................................15 4.4 Análisis estadís tico. ......................................................................................20
V. Resultados ................................................................................................................21 5.1 Fósforo Total..................................................................................................21 5.2 Nitrógeno de Kjehdal....................................................................................23 5.3 Nitrato..............................................................................................................25 5.4 Carbono orgánico..........................................................................................27 5.5 Correlaciones.................................................................................................31
VI Análisis de Resultados y conclusiones................................................................33 VII Bibliografía ..............................................................................................................38
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I - INTRODUCCION. El trabajo que se presenta se realizó como requisito para obtener el titulo de Biólogo por parte del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de los Andes. Los estudios de sedimentos en limnología son una fuente importante para el conocimiento de ecosistemas acuáticos, pues proporcionan información acerca de las dinámicas biológicas, químicas y geológicas de los cuerpos de agua. El análisis de los diferentes componentes y características físicas del suelo lagunar, permite obtener esquemas representativos de las dinámicas químicas de diferentes compuestos orgánicos e inorgánicos y son indicadores de los procesos biológicos con que los organismos vivientes se apropian de tales compuestos. Un grupo de estudiantes de los Departamentos de Ciencias Biológicas y Química de la Universidad de los Andes, ha venido realizando diversos estudios del Lago de Tota (Boyacá, Colombia), para conocer el ecosistema y sus componentes. En este contexto me propuse determinar los niveles de concentración del fósforo, el nitrógeno y el carbono orgánico depositados en los sedimentos superficiales del lago mediante un seguimiento temporal y espacial de comportamiento de los mismos. Para obtener información acerca de la distribución espacial y de la variación temporal de fósforo y el nitrógeno en el sedimento del lago de Tota, se realizaron cinco muestreos durante el periodo comprendido entre agosto del 2004 a enero de 2005. Se escogieron siete puntos de muestreo correspondientes a zonas definidas en otros trabajos limnológicos realizados en la laguna. (Cordero 2004) Para determinar la concentración de fósforo y nitrógeno se estableció una metodología acorde con los métodos estándares utilizados para análisis de suelos y sedimentos, y permitió la obtención de información detallada acerca de las características químicas del bentos de la laguna.
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II – OBJETIVOS
2.1 Objetivo General. Cuantificar las concentraciones de Fósforo Total y Nitrógeno (nitrato y kjeldahl) en sedimentos del Lago de Tota en unos sitios definidos y en determinadas épocas del año e identificar el comportamiento de las concentraciones según las variables de tiempo y lugar.
2.2 Objetivos Específicos.
• Determinar si existen variaciones en la concentración de fósforo total presente en sedimentos de la laguna de Tota durante diferentes épocas del año
• Determinar si existen variaciones en la concentración de nitrato y
nitrógeno orgánico presente en sedimentos de la laguna de Tota durante diferentes épocas del año.
• Determinar si existen variaciones en la concentración de fósforo
total y nitrógeno en diferentes puntos de la laguna. • Complementar el estudio con datos de Carbono Orgánico y pH para
dar una aproximación a las características de cada punto que permita mostrar relación con las concentraciones de fósforo total y nitrógeno.
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III - REVISIÓN DE LA LITERATURA. 3.1 Los Sedimentos.
Los sedimentos, representan para el estudio limnológico la fuente mas fidedigna de información acerca de un ecosistema acuático, en lo que se refiere a sus procesos geológicos, fisicoquímicos y biológicos, ya que hacen parte de un sistema de baja perturbación, que conserva información de sus procesos y comportamiento. De igual manera, son indicador inmediato del impacto de la actividad del hombre en los cuerpos de agua, y en consecuencia en la tierra y en la atmósfera.
Su análisis puede ampliarse a diferentes aspectos de la limnologia, que nos sirven para entender la historia, la biología, y la química de un ecosistema acuático, Es así como la paleolimnologia, da un entendimiento de la historia geológica y los diferentes cambios en la estructura y comportamiento de los ciclos biológicos durante la vida del cuerpo de agua.
De igual manera el estudio de los sedimentos nos permite construir de manera detallada los diferentes estadios de los ciclos biogeoquímicos de los principales compuestos y elementos básicos para la constitución de un ecosistema acuático (como fósforo, carbono y nitrógeno). Son la acumulación de materia orgánica e inorgánica constituida por materia alóctona o materia producida por la misma masa de agua. La materia orgánica esta constituida primordialmente por microorganismos (fitoplancton, zooplancton y bacterias), los restos de macrofitas y organismos de vida libre de mayor tamaño (peces, crustáceos, anélidos etc.) que mueren en el fondo o mueren y precipitan a este, asi como también fragmentos de los mismos, deposiciones, materia orgánica floculada y los derivados de materia en descomposición. La materia inorgánica esta compuesta por productos de la erosión de rocas en la cuenca de los lagos (arcillas, evaporizas, fragmentos de rocas, materiales clásticos minerales) junto con compuestos como ( Fe (OH)3), SiO2, y CaCO3 producidos al interior del lago o introducido por sus afluentes o escorrentías.
La velocidad y composición de estos materiales en su proceso de acumulación expresan la actividad del lago como un ecosistema interactuante con las fuentes hidrológicas circundantes y como un centro de actividad biológica. La acumulación de estos materiales es una imagen de los eventos que han ocurrido en la historia del lago y el sedimento puede interpretarse como la memoria del lago.
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3.1.1 Características de los sedimentos
Los sedimentos generalmente conservan una estructura constituida por diferentes compuestos que varían según las condiciones geográficas y geológicas del lago; sin embargo, esta estructura puede describirse de forma general. Primordialmente encontraremos una estraficación de la siguiente forma según sus compuestos: a.) Minerales pequeños y pedazos de rocas derivadas de procesos de fragmentación b.) Minerales arcillosos c.) Precipitados (Fe, Ca, Mn) d.) Materia orgánica (Study of the relationship between water quality and sediment Transport II.1.1).
Las características físicas y químicas de esta interacción de diferentes compuestos proporcionan de igual manera al sedimento, propiedades especiales que permiten la coexistencia de diversas condiciones que pueden ser vistas como microcosmos, en los que el agua embebida en el sedimento ocupa las cavidades que quedan entre los materiales sólidos y su volumen es dependiente de la organización y del grado de compresión de dichos materiales.
El agua es importante pues es el medio que facilita la actividad química y biológica en el sedimento, la resistencia eléctrica y la velocidad de propagación de ondas de presión. De igual manera la difusión de elementos depende de la proporción de agua que oscila entre un 20 % y un 80% en el sedimento.
La sedimentación debida a transporte y erosión de partículas minerales depende de las características del la cinética del lago, como la morfología de las corrientes y procesos internos (turbulencia y turbicidad) que pueden resuspender o depositar los materiales.
3.1.2 Sedimentos y comunidades
Las regiones superficiales del sedimento son lugares propicios para el desarrollo de comunidades. Siendo la comunidad bacteriana la de mayor adaptabilidad presente en diferentes regiones del sedimento (superficial e interior). Los eucariontes limitan su actividad a unos cuantos centímetros al interior del sedimento, y en casos excepcionales a unos cuantos decímetros de la región superior. La interacción entre los organismo y el sedimento se relaciona tanto a un nivel químico como puede ser la descomposición de materia orgánica por acción bacterial o una interacción física relacionada con la redistribución, el acomodamiento y el transporte de material , como en el caso de las raíces de macrofitas o la actividad de la fauna bentonica.
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3.2 Nitrógeno y Fósforo en los sedimentos
Ha sido muy importante para la limnología entender el comportamiento del nitrógeno y el fósforo en las zonas profundas de los lagos, debido a que en estas zonas se lleva a cabo una etapa de vital importancia en la regulación de su ciclo.
Conocer el papel del sedimento en el ciclo biogeoquímico de un lago, relacionado principalmente con nitrógeno y fósforo, sirve no solo para entender las condiciones fisicoquímicas del lago, sino para obtener información relevante sobre la distribución y el comportamiento de comunidades que se rigen según la disponibilidad de estos nutrientes. Además si se relaciona esta información con la disponibilidad y tasa de liberación a la columna de agua del lago, nos permite conocer el estado trófico del mismo.
3.1.3 Nitrógeno
Se encuentra en una cantidad cercana al 93.7% en la litosfera, pero de esta cantidad solo el 6.3% esta disponible para los ciclos biogeoquímicos. El elemento químico nitrógeno es un componente clave del protoplasma (Brock y Madigan, 1988). En los sistemas acuáticos el nitrógeno es el principal componente de aminoácidos y proteínas y por ende la base estructural de todo proceso de síntesis y construcción celular.
La principal fuente de nitrógeno se encuentra en la atmósfera y está disponible a los ecosistemas en forma de N2, provee aproximadamente un 79% y de este total solo una fracción muy pequeña pasa a ser parte de los sistemas vivos (Cole 1986). Por otro lado, el papel de organismos procariotes en el proceso de asimilación y liberación de nitrógeno representa el peldaño sobre el cual esta fundamentado todo el ciclo (Wetzel 1975; Aller 1982). Existen principalmente dos procesos que permiten la obtención del nitrógeno atmosférico, por parte de los ecosistemas acuáticos. El primero de estos se da con la actividad eléctrica de la atmósfera, que lo remueve por descargas eléctricas oxidándolo a la forma N2O5 y posteriormente precipitando en forma de lluvia como HNO3, una vez en el agua si disocia como nitrato NO3
- forma química bajo la cual es incorporado a los sistemas vivos. Se calcula que aproximadamente entre 0.1 y 0.2 g de N m-2 son recibidos por aguas de los lagos además de aporte de ríos y aguas de escorrentía que lavan el suelo de compuestos nitrogenados. Estas estimaciones han variado con el aumento de
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las actividades del hombre sobre los ecosistemas y las condiciones han variado.
El segundo proceso que permite la fijación del nitrógeno y que tiene una importancia biológica a mayor nivel, es la actividad bacteriana por parte de bacterias fijadoras. Se da principalmente por la acción bacterial (cianobacteria) y la de algas verdeazules, estos organismos incorporan el nitrógeno a sus tejidos convirtiéndolo en nitrógeno orgánico (síntesis de proteínas), que estará disponible para todo el ecosistema.
Los principales géneros de bacterias involucrados en la fijación del nitrógeno son Azotobacter y Clostridium pasterinun , que se encuentran distribuidos a lo largo de la columna de agua, en sedimentos y asociadas a plantas acuáticas. Por otro lado se conocen alrededor de 60 spp. de algas cianofíceas, de alta actividad en la fijación de nitrógeno atmosférico, de las que destacan Nostoc y Anabena de la familia Nostocacea , su principal característica es la presencia de células especializadas para la fijación de nitrógeno, denominadas heterocistos .
Función de los procariotes
La función de los organismos procariotas es la de convertir el nitrógeno atmosférico en amoniaco y a partir de este obtener las principales formas de nitrógeno asimilable como los son los nitratos y los nitritos. Una vez el nitrógeno ha sido fijado, el papel de la comunidad microorganismica continua con la conversión de este nitrógeno en nitrógeno asimilable por los diferentes peldaños de la red trofica del ecosistema.
El primer paso es la amonificación, en la cual organismos bacteriales trasforman materia orgánica tras un proceso metabólico en amoniaco (NH3), principalmente se da bajo condiciones de baja disponibilidad de oxigeno y en consecuencia a una tasa alta en los sedimentos. A partir de este proceso se pueden obtener diferentes productos asimilables, en medios ácidos o neutros el amoniaco es inestable y se disocia en ion amonio e hidroxilos, si la molécula se estabiliza puede posteriormente hacer parte de la producción nitritos y nitratos.
La nitrif icación es el siguiente peldaño en el proceso de conversión del nitrógeno, el amoníaco es convertido en nitrito y nitrato, tras dos reacciones sucesivas que involucran dos tipos de bacterias Nitrosomas y Nirobacter y que obtienen la energía catalizadora de enlaces químicos de hierro y manganeso.
Se necesitan dos moléculas de O2 por cada molécula de amonio por lo que es una reacción netamente aeróbica y es de esperar que aumente su especificidad con respecto a la profundidad, por lo tanto solo en condiciones especiales y características determinadas del sedimento puede albergar este proceso que se da preferentemente en la columna de agua.
En el sedimento se puede encontrar nitrógeno en forma de amonio en las capas superiores, pues siendo producto de los primeros pasos de la descomposición de materia orgánica puede fluir del sedimento al agua.
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Estudios realizados en lagos daneses revelan un flujo de amonio del sedimento entre 1.5 y 60 mg de N por m2 por día (Margalef, Limnologia 1983), esta cifra indica la importancia de este flujo, como peldaño en la producción primaria del ecosistema.
Complementariamente, existe un flujo de nitrato de la columna de agua al sedimento, que actúa como una cámara de reducción anaerobia que captura el nitrógeno oxigenado y lo libera reducido. Se da una excepción en cuanto a la presencia de los diferentes tipos químicos del nitrógeno, en sedimentos arenosos donde el continuo movimiento y el tamaño particular favorecen condiciones aerobias y por tanto se encuentran máximos de amonio, nitrito y nitrato.
El último paso importante del ciclo del nitrógeno es la desnitrif icación (Seitzinger et al. 1980) esta ocurre simultáneamente junto con la nitrificación y es el proceso por el cual el nitrógeno es devuelto a la atmósfera por parte de bacterias anaeróbicas facultativas (Pseudomonas ,Escherichia y Microconnus) y algunos organismos benticos que ayudan a la movilización del nitrógeno (Gallep et al. 1978-1979; Gardner et al. 1981; Haw kins y Keizer 1982). Ocurre en el sedimento en pequeñas regiones donde existen condiciones de anoxia cercanas a los lugares donde se da la nitrificación (Jenkins y Kemps 1984). Consiste principalmente en una reacción de reducción mediada por la enzima reductasa de nitrógeno y utiliza al nitrato como aceptor de hidrógeno. El nitrógeno es liberado y devuelto a la atmósfera en forma gaseosa. El estudio del flujo de nitrógeno en los diferentes niveles de su ciclo, involucrando primordialmente al sedimento, permite aproximarse al entendimiento de la dinámica de un ecosistema determinado. Con la actividad agrícola del hombre el comportamiento normal del ciclo del nitrógeno ha sido alterado y es necesario hacer un seguimiento de este para establecer las condiciones actuales de los cuerpos de agua.
3.1.4 Fósforo
A diferencia del nitrógeno, la disponibilidad de fósforo es una de las características que lo convierten en un elemento limitante de los ecosistemas acuáticos, la entrada natural del elemento está limitada a pocas cantidades pero a la vez es el elemento de mayor importancia en el metabolismo biológico. Es constituyente molecular de procesos energéticos y biosintéticos conformando biomoléculas como del ATP (principal molécula portadora de energía) y del ADN y el ARN (portadora de información genética y codificador de síntesis de proteínas).
En los sistemas acuáticos, el fósforo se encuentra principalmente como ortofosfato PO4
- y es la forma en la que se absorbe fácilmente por plantas acuáticas y fitoplancton. Su alta reactividad le permite formar compuestos insolubles que precipitan al sedimento. La disponibilidad de dichos compuestos depende del pH del medio; en medios básicos es mayor tanto la tasa de
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precipitación como el tipo de asociación en coloides inorgánicos o compuestos particulados del sedimento (arcillas,carbonatos e hidróxidos).
La principal fuente de fósforo de los ecosistemas acuáticos es el fósforo alóctono procedente de lavados de la tierra y de fertilizantes y pesticidas empleados en actividades agrícolas. Los suelos agrícolas fertilizados al intemperizarse liberan el fósforo que luego pasa a los sistemas acuáticos por diversos mecanismos. Por otra parte, la erosión remueve una fracción importante de fósforo y una parte de ésta se precipita como fosfatos de calcio, férrico o/y de aluminio; el resto es transportado al mar (Holtan et al., 1988).
Ciclo del fósforo
El ciclo del fósforo puede ser dividido en dos etapas (Roldan, Fundamentos de Limnologia Tropical 1992) que se diferencian espacialmente en el lago, la “fase rápida” la descomposición y asimilación del fósforo a una alta tasa en la zona tofogenica del lago; y la “fase lenta” la parte de fósforo atrapado en detritos y moléculas que precipitan al sedimento, que constituye la principal reserva de fósforo del lago, pero de liberación lenta y regido por diferentes condiciones fisicoquímicas y cinéticas del medio.
La fase rápida del ciclo integra una compleja interacción del ciclo trófico del lago, que compromete a toda la biomasa en un proceso de asimilación y regeneración del fósforo. El fitoplancton es el primer asimilador de fósforo para sus procesos fotosintéticos, este a su vez es consumido por el zooplancton que es el responsable principal de la disponibilidad de fosforo en la columna de agua (excreciones de fosforo y amonio) (Roldan1992) consecuentemente el zooplancton es consumido por peces y otros organismos que posteriormente liberan fósforo en sus desechos.
La precipitación del fósforo se da primordialmente junto con iones de hierro que dependiendo de su estado de oxidación, concentración de O2 y pH del medio precipitan el fósforo de la columna de agua por ejemplo la Goethita que a pH 5.5 absorbe una cantidad importante de fósforo. En condiciones alcalinas el hierro se encuentra precipitado como hidróxido de hierro hidratado pudiendo absorber fosfato en la superficie y precipitándolo al sedimento. Einsele (1936) y Mortimer (1941,1971). De manera similar las arcillas ricas en hierro y aluminio juegan un papel importante en la absorción del fósforo. Este fenómeno se hace evidente en lagos tropicales donde el arrastre y erosión de sedimentos lagunares trae consigo aporte de grandes cantidades de arcillas, por lo que mucho fosfato puede pederse en la precipitación. El problema de la precipitación es que el fosfato queda excluido de la circulación de la zona trofogenica con grandes implicaciones en la productividad del ecosistema.
La liberación del fósforo del sedimento se da en presencia de H2S, condición bajo la cual el ion ferroso (Fe++) reacciona con los sulfuros, liberando sulfuro de hierro y fosfatos libres que pasan a la columna de agua Tessenow (1974) y Gunnars et al. (2002), este es un proceso lento en comparación con la “fase rápida” y puede ser acelerado por turbulencia de corrientes internas o por la
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biota existente. Recientemente ha sido propuesto un aporte suplementario a la liberación de fósforo por medio de bacterias aeróbicas facultativas que retienen fósforo como poli fosfato en sus células y lo liberan como ortofosfato en condiciones anoxicas (Gachter y Meyer 1993; Rupfer et al. 1995). El fosfato que se libera por la descomposición de materia orgánica se encuentra en el agua intersticial del sedimento absorbido por diferentes minerales del mismo. Un aumento forzado en la difusión, como la bioturbacion acelera los flujos de P,N,Mn,SiO2 y oxigeno. Algas asociadas al sedimento (epipelagicas) tienen la posibilidad de acceder de manera primaria a los nutrientes (Wetzel 1979). Las macrófitas con acceso directo al agua intersticial movilizan una parte importante de P del sedimento que mas tarde aparece en el agua (Craig S. Smith y Michael S. Adams 1986). 3.1.5 El Hombre en los ecosistem as acuáticos
Con la actividad del hombre sobre los ecosistemas acuáticos, las condiciones que regían los diferentes ciclos biogeoquímicos de los principales nutrientes, han cambiado. La necesidad del hombre por fuentes que proporcionen agua para propósitos domésticos, agrícolas o industriales ha causado que el asentamiento en cercanías a ecosistemas acuáticos sea la común fuente de alteración de los ecosistemas; la entrada de desechos con altas cargas de nutrientes y elementos pesados, así como la deforestación y la construcción de represas en los últimos siglos, son la principal contribución negativa a los ríos, a los lagos y a los océanos.
Fenómenos como la eutrofización están íntimamente ligados a la presencia de nitratos y fosfatos que enriquecen el medio provocando un crecimiento excesivo de algas y como consecuencia cambios en las condiciones fisicoquímicas del lago, en la capacidad de carga y en la estructura física del mismo. La utilización de fertilizantes en agricultura intensiva, y el vertimiento de aguas negras son los principales contribuyentes al proceso de eutrofización. Dado que el sedimento sirve como reserva de muchos nutrientes y complementa de forma directa los ciclos de estos nutrientes, representa información importante relativa a la capacidad de asimilación, acumulación y biotransformación de nutrientes en el lago.
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IV Materiales y metodología. 4.1 Descripción del área de estudio.
El lago de Tota se encuentra ubicado en el departamento de Boyacá, sobre la cordillera oriental, a una altura aprox. de 3015 m.s.n.m al espejo de agua y una altitud de 2.946 m.s.n.m. al suelo de la laguna, sus coordenadas son 5º 39´14" de latitud Norte y 72º50´38 de longitud oeste, a una distancia aproximada de 15 Km. del municipio de Sogamoso y entre los municipios de Tota y Cuitiva al occidente y el municipio de Aquitana al oriente. Con un área de 56.5 km2 una profundidad máxima de 67 m y un volumen de 1920 millones de m3. Su origen se estima de a finales de las glaciaciones aproximadamente unos 10.000 años a finales del Pleioceno y comienzos del Holoceno, Por lo que se clasifica en lagos de origen glaciar a si como de origen tectónico, debido a la actividad de la corteza terrestre de los Andes. Lago de Tota (Boyacá) Origen Tectónico -glaciar Altitud al espejo de agua 3015 m.s.n.m Altitud al suelo 2946 m.s.n.m Latitud 5º 39´14" Norte Longitud 72º50´38 Oeste Área 56.5 km2
Profundidad máxima 67 m Volumen 1920 millones de m3
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4.2 Metodología de campo
Para el muestreo se seleccionaron siete puntos dentro del lago, tres en Lago Chico y cuatro en Lago Grande. En cada punto, se tomaron mediciones respectivas de condiciones fisicoquímicas de la zona de muestreo, (temperatura, pH y conductividad) y se tomaron muestras del sedimento a profundidades no mayores a 2 m con un descorazonador K-B Corers, Medium Standard w /CC., (foto 1), las cuales se recogieron en bolsas plásticas de 20 X 40 cm..
:
Foto1 Decorazonador
1. Entrada del decorazonador a sedimento
2. Activación de gatillo por
3. Toma de muestra
1 - 2 m
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4.3 Metodología de laboratorio Para el procesamiento de las muestras se siguieron los procedimientos propuestos en Study of the relationship between water quality and sediment Transport IV.1.4. Se midieron el pH y el porcentaje de humedad de las muestras PW. Posteriormente, se llevaron a secado durante 24 horas a 100 0C
en una mufla y finalmente se conservaron en recipientes de plástico de 100 cm3, lavados previamente con una solución de acido clorhídrico (HCL) para evitar cualquier tipo de contaminación de la muestra. Procedimiento analítico Para el procedimiento analítico se utilizó la metodología propuesta por el libro Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater numeral 4500-P Phosphorus y 4500-N Nitrogen, con el objetivo de determinar para las muestras fósforo total, nitrato, nitrógeno de Kjeldahl y carbono orgánico :
Las muestras fueron tamizadas en un tamizador eléctrico durante 20 minutos con el propósito de obtener partículas de un tamaño uniforme aprox. 0.125- µm. Foto 2
Foto 2 Tamizador El pH se midió tras solubilizar 10 gramos de muestra en 10 ml de agua destilada (medición peso volumen 1:1) , con agitación continua durante 30 minutos. Posteriormente se midió el pH con un “pH metro” AB15 Basic (Foto3), los valores obtenidos por punto se promediaron y se registró el valor promedio para cada uno de los muestreos.
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Foto 3 Para la determinación del fósforo total, las muestras fueron sometidas a una digestión oxidativa con persulfato; Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey y Communications in Soil Science and Plant Analysis, volume 34, issue 5&6 por la cual todas las formas de fósforo presentes se convierten en ortofosfato. Se tomaron 0.1 gr. de cada muestra y se le adicionaron 0.5 gr. de persulfato de potasio K2S2O8, , 1 ml de acido sulfúrico H2SO4 y 25 ml de H2O destilada. La digestión se llevo a cabo en un digestor de microondas (foto 1) durante 30 minutos, a 100 0C entre 98-137 kPa (Spivacov, 1999). La digestión se filtró en membrana de 0.45-µm, lavada 4 veces para evitar la retención de fosfato y se aforó en balones de 50 ml con agua destilada.
(Foto 4) digestor de microondas Para la medición colorimétrica de fósforo total se empleó el método del acido ascórbico, por su rapidez y confiabilidad (sección 4-113 del libro Standard Methods). El método consiste en la medición de un compuesto formado por la reacción del ion ortofosfato con molibdato de amonio en un medio acido para formar ácido fosfomolibdico, el cual al ser reducido con acido ascórbico produce un complejo de coloración azul. Se adiciona tartrato de potasio para intensificar la reducción (Murphy and Riley, 1962). Luego este complejo se
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midió en un espectrofotómetro a 880nm (foto 2) para obtener las absorbancias que permiten determinar las concentraciones de fósforo total. Las absorbancias obtenidas se interpolaron en un curva de calibraron realizada con concentraciones conocidas y bajo el mismo tratamiento realizado a las muestras.
(Foto 5) Espectrofotómetro Genesys 5 Para la determinación de nitrato se siguió la metodología propuesta en Communications in Soil Science and Plant Analysis. Se sometieron las muestras a una digestión oxidativa con persulfato de potasio, en la que todas las formas de nitrógeno se convirtieron a nitrato; posteriormente se obtuvo el nitrato mediante un método analítico para su determinación. Se tomaron 0.1 gr. de muestra y se le adicionaron 25ml de una solución para digestión que consiste en: 50 gr. persulfato de potasio de K2S2O8, 15gr de hidróxido de sodio NaOH y 10 gr. de acido Bórico H3BO3. La digestión se llevó acabo en un digestor de microondas durante 15 minutos a 130 kPa. (Foto 1) La digestión se filtró en membrana de 0.45-µm ly se lavó 4 veces para evitar la retención de la solución digerida. Posteriormente se aforó a 50 ml con agua destilada. La medición colorimétrica se realizó según la metodología propuesta por Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 4500-NO3
- método de espectrofotometría de ultravioleta para nitrato, Se adicionó 1 ml de HCL 1N a la soluciones aforadas y se midió la absorbancia de las soluciones a 225 nm en la cual absorbió el nitrato y adicionalmente una medición a 275 nm para corregir por materia orgánica. (Foto 2) Las absorbancias obtenidas fueron interpoladas en un curva de calibración realizada con concentraciones conocidas y bajo el mismo tratamiento realizado a las muestras.
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El nitrógeno de Kjeldahl se refiere al nitrógeno orgánico definido funcionalmente como el nitrógeno ligado a moléculas orgánicas en un estado de oxidación trinegativo e incluye compuestos como péptidos, ácidos nucleicos, úrea y otros compuestos sintéticos de naturaleza orgánica. Para la determinación de esta clase de nitrógeno se utilizó la metodología propuesta en Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 4500-N org B. En presencia de acido sulfúrico H2SO4 sulfato de sodio NaSO4 y sulfato de cobre, el nitrógeno amino de materia orgánico junto con amoniaco se convierte en amoniaco y para obtenerlo se le adicionó NaOH y se destiló. Posteriormente se absorbió en un medio acido. Para la digestión se tomaron 0.2 gr. de muestra depositada en un envase de digestión Kjeldahl junto con 6 gr. de sulfato de sodio NaSO4 y 0.5 gr. de sulfato penta hidratado de cobre CuSO4.5 H2O y se adicionaron 20 ml de H2SO4 concentrado. Se llevó a estufa de digestión hasta la aparición de una coloración verde esmeralda en las solución. Foto 3
(Foto 6) Estufa de digestión Kjeldahl Una vez enfriada se procedió a la destilación en el montaje de Kjeldahl (foto4) y se adicionaron 25 ml de NaOH 6N. La solución destilada se recogió en 10 ml de acido clorhídrico HCL 0.1N, y posteriormente se tituló con NaOH 1N. Las muestras fueron tituladas respecto a un blanco para cada serie de titulaciones. El nitrógeno obtenido corresponde a los miliequivalentes titulados de NaOH en la solución destiladas.
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(Foto7) Montaje de Kjeldahl La cuantificación del carbono orgánico nos ayuda a cuantificar la materia orgánica, y conocer muchas de las características que posee una determinada muestra de sedimento (formación de agregados, plasticidad, cohesión, capacidad de retención de humedad, intercambio catiónico y aniónico, disponibilidad de N, P) . Consiste en una oxidación con una mezcla oxidante de dicromato de potasio (K2Cr207) y ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (Fassbender, 1980).El carbono orgánico reduce los iones Cr3 amarillo - naranja del dicromato inicial a iones Cr3 de color verde.
Para la determinación de carbono orgánico se tomaron aproximadamente 0.05 gr de muestra, se le adicionaronn 20 ml de solución de dicromato (10 gr K2Cr20 en 500ml de H2O destilada) y 10 ml de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) (Fassbender, 1980).La titulación se realizó con una solución de sulfato ferroso (FeS04 o Sal de Mohr), de concentración conocida ,se adicionaron dos gotas del reactivo de Tashiro como sustancia indicadora, (Kolthoff et.al., 1969) y se tituló cada serie de muestras con un blanco.
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4.4 Análisis estadístico. Para el análisis estadístico de los datos se utilizó el programa STATISTIX 7 Analitical Softw are for Window s. Se analizaron en forma independiente las varianzas generales para Fósforo Total, Nitrato, Carbono Orgánico y Nitrógeno de Kjeldahl, tomando como variable aleatoria la concentración en mg/g y como variables categóricas o de agrupamiento las siguientes:
M uestreo: Mes del año en que se realizó la toma de la muestra; Agosto (1°), septiembre (2°), noviembre (3°), diciembre (4) y enero (5). Sitio: Punto o lugar de la laguna donde fue tomada la muestra; La mugre, La bocana, Piscicol, Playa blanca, Los Pozos, El Túnel, Hato laguna.
Se realizó una prueba de ANOVA (análisis de varianza) y con el fin de identificar los grupos en las variables categóricas que presentan diferencias de medias se realizó una prueba de Tukey Posteriormente se buscó encontrar posibles correlaciones entre los nutrientes determinados, por lo que se hizo una prueba de correlación de Sperman para Fósforo, Nitrato, Nitrógeno de Kjeldahl, con Carbono orgánico y pH.
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V. Resultados Presentación de los resultados obtenidos en trabajo de laboratorio y análisis estadístico. 5.1 Fósforo Total El análisis estadístico de Fósforo total mostró diferencias significativas en las variables punto y muestreo ver .Apéndice Tabla 1 5.1.1 Variable muestreo
Se observan diferencias significativas en los cinco muestreos. Grafica 1. El 1er muestreo (agosto) muestra diferencias en su media con respecto a los demás muestreos, siendo la mayor de los cinco. El 5o muestreo (Enero) muestra la menor media con respecto a los demás muestreos. Se observa una posible tendencia a la disminución desde el 1r muestreo hasta el 5º muestreo. Las diferencias en las medias se estimaron por la prueba de “Tukey”. Tabla 1. Grafica 1. Box-plot; Concentración de Fósforo total (mg/g) con la variable muestreo (meses).
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Tabla 1. Comparación entre las medias de la concentración de fósforo total (mg/g) de los cinco muestreos en el Lago de Tota para fósforo total. MUESTREO MEDIAS GRUPOS/HOMOGENEOS --------- ---------- ---------- 1 1.8772 I 3 1.5163 I I 2 1.4199 I I 4 1.2747 I I 5 1.1766 .. I La tabla muestra tres grupos homogéneos. El 1er muestreo tiene la media mas alta y el 5º muestreo la media mas baja, el 2do, 3ro y 4º muestreo conforman un grupo con medias relativamente similares. 5.1.2 Variable punto
Se observan diferencias significativas en los puntos de muestreo. Siendo el punto 4 (La mugre) el que tiene una mayor media. Se obtuvieron cuatro grupos homogéneos que se muestran en la tabla 2. El punto 3 muestra la menor media con respecto a los demás puntos. Las diferencias en las medias son estimadas por la prueba de “Tukey”. Tabla 2. Grafica 2. Box-plot; Concentración de Fósforo total (mg/g) con la variable punto.
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Tabla 2. Comparación entre las medias de la concentración de fósforo total (mg/g) de los siete puntos en el Lago de Tota para fósforo total. PUNTO MEDIA GRUPOS/HOMOGENEOS --------- ---------- ----------- 4 2.8167 I 7 1.8813 .. I 5 1.4925 .. I I 6 1.2142 .. I I 2 1.1292 .. I I 1 0.8940 .... I 3 0.7426 .... I Se observan cuatro grupos homogéneos. El punto numero cuatro (La mugre) presenta la diferencia comparativa de media de mayor valor. Los puntos 1(la bocana) y 3 (Hato laguna) muestran las diferencias menores. El punto 7 (los pozos) conforma un grupo aparte .Los puntos 5 (Piscicol), 6 (playa blanca) y 2 (El túnel) forman un grupo. 5.2 Nitrógeno de Kjehdal El análisis estadístico de este grupo de datos mostró diferencias significativas, solamente en la variable punto ver Apéndice Tabla 2. Las diferencias en las medias son estimadas por la prueba de “Tukey”. Tabla 2. 5.2.1 Muestreo
No se observan diferencias estadísticamente significativas en la concentración de Nitrógeno de Kjeldahl en los cinco muestreos .Grafica 3. Grafica 3. Box-plot; Concentración de Nitrógeno Kjeldahl (mg/g) con la variable punto.
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5.2.2 Punto
En la Grafica 4 se observan diferencias significativas en los puntos de muestreo, siendo el punto 1 (La mugre) el que muestra una mayor media y el 7(Playa Blanca) la menor. Las diferencias en las medias se estimaron por la prueba de “Tukey”. Tabla 3. Grafica 4. Box-plot; Concentración de Nitrógeno Kjeldahl (mg/g) con la variable punto.
Tabla 3. Comparación entre las medias de la concentración de Nitrógeno de Kjeldahl (mg/g) de los siete puntos en el Lago de Tota.
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PUNTO MEDIA GRUPOS/HOMOGENEOS --------- ---------- ----------- 1 11.585 I 5 10.021 I 4 7.7000 I I 6 6.3243 I I 2 4.1477 I I 3 1.8713 .. I 7 1.7835 .. I Tres grupos estadísticamente homogéneos, en los que el punto 1 (la mugre) muestra la mayor diferencia de media junto con el 5º (Hato Laguna), el punto 7 (Playa Blanca) la menor, junto con el punto 3. Los puntos 2, 4, y 6 conforman un grupo. 5.3 Nitrato Este grupo de datos presentó diferencias significativas en las variables, muestreo y punto. Ver Apéndice Tabla 3 5.3.1 Muestreo
Se observan diferencias significativas en los cinco muestreos. Grafica 5. El 1er muestreo (agosto) presenta diferencias en su media con respecto a los demás muestreos siendo la mayor de los cinco. El 5o muestreo (Enero) presenta la menor media con respecto a los demás muestreos. Se observa una posible tendencia a la disminución entre desde el 1er muestreo hasta el 5º. Las diferencias en las medias se estimaron por la prueba de “Tukey”. Tabla 4. Grafica 5. Box-plot; Concentración de Nitrato (mg/g) con la variable muestreo.
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Tabla 4. Comparación entre las medias de la concentración de Nitrato de (mg/g) de los siete puntos en el Lago de Tota. MUESTREO MEDIA GRUPOS/HOMOGENEOS --------- ---------- ----------- 1 4.3129 I 2 4.0614 I 3 3.7436 I I 4 2.5387 .. I 5 2.3495 .. I Se obtuvieron tres grupos estadísticamente homogéneos, en los cuales el 1er muestreo (Agosto) tiene la diferencia comparativa de media más alta y el 5º (Enero) presenta la diferencia más baja. 5.3.2 Punto
Se observan diferencias significativas en los siete puntos. Grafica 6. El punto numero 5 (La mugre) muestra diferencias en su media con respecto a los demás muestreos siendo la mayor de los siete. El punto numero siete (el Tunel) muestra la menor media con respecto a los demás muestreos. Las diferencias en las medias son estimadas por la prueba de “Tukey”. Tabla 5.
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Grafica 6. Box-plot; Concentración de Nitrato (mg/g) con la variable punto.
Tabla 5. Comparación entre las medias de la concentración de Nitrato de (mg/g) de los siete puntos en el Lago de Tota. HOMOGENEOUS PUNTO MEAN GROUPS --------- ---------- ----------- 5 4.8427 I 2 3.6662 I I 1 3.4800 I I 4 3.4673 I I 3 3.1590 I I 6 2.6056 .. I 7 2.5874 .. I Se obtuvieron tres grupos estadísticamente homogéneos, en los cuales el 5o muestreo (La mugre) tiene la diferencia comparativa de media más alta y el 7º (el Tunel) presenta la diferencia más baja. 5.4 Carbono orgánico El análisis estadístico de este grupo de datos mostró diferencias significativas, solo en la variable punto, ver Apéndice Tabla 4. Las diferencias en las medias se estimaron por la prueba de “Tukey”. Tabla 6.
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5.4.1 Muestreo
No se observan diferencias estadísticamente significativas en la concentración de Carbono Orgánico en los cinco muestreos .Grafica 7. Grafica 7. Box-plot; Concentración de Carbono Orgánico (mg/g) con la variable muestreo
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5.4.2 Punto
Se observaron diferencias significativas en los puntos de muestreo, ver Grafica 8.7, siendo el punto (La mugre) el que muestra una mayor media y el 3(Playa Blanca) la menor. Las diferencias en las medias se estimaron por la prueba de “Tukey”. Tabla 7. Grafica 8.Box-plot; Concentración de Carbono Orgánico (mg/g) con la variable punto.
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Tabla 6 Comparación entre las medias de la concentración de Nitrato de (mg/g) de los siete puntos en el Lago de Tota.
PUNTO MEDIA --------- ---------- ----------- 1 8.1802 I 4 7.8691 I 2 5.9624 I I 5 2.8446 .. I I 6 2.7652 .. I I 7 2.6834 .. I I 3 0.9585 .... I Se obtuvieron cuatro grupos estadísticamente homogéneos, en los cuales el 1er muestreo (La mugre) tiene la diferencia comparativa de media más alta y el 3ero (Playa blanca) la diferencia menor.
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5.5 Correlaciones 5.5.1 Carbono-Fósforo
No se encontró correlación estadística entre el carbono orgánico y el fósforo total en las muestras. CARBONO FOSFORO 0.2700 P-Value 0.1163 5.5.2 Carbono-nitrógeno
No se encontró correlación estadística entre el carbono orgánico y el nitrógeno total en las muestras CARBONO NITROGENO 0.2235 P-VALUE 0.1955 5.5.3 Nitrógeno-Fósforo
No se encontró correlación estadística entre el nitrógeno total el fósforo total en las muestras. FOFORO NITROGENO 0.1936 P-VALUE 0.2634
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5.5.4 pH- Kjeldahl
CONC PH 0.2342 P-VALUE 0.6040 No se encontró correlación estadística entre el nitrógeno Kjeldahl y pH en las muestras. 5.5.5 pH-Nitrato
CONC PH 0.1261 P-VALUE 0.7813 No se encontró correlación estadística entre el Nitrato y pH en las muestras. 5.5.6 pH-Fósforo
CONC
PH 0.0357 P-VALUE 0.9055 No se encontró correlación estadística entre el Fósforo y pH en las muestras
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VI Análisis de Resultados y conclusiones Los resultados obtenidos para las concentraciones de fósforo Total presentaron diferencias significativas en las variables muestreo y punto. Las diferencias encontradas están de acuerdo con lo esperado en la variable punto, donde las mayores concentraciones se dieron en la Mugre (4) con 2.8167 mg/g, Los Pozos (7) con 1.8813 mg/g y Piscicol (5) con 1.4925 mg/g, puntos ubicados en la zona de lago denominada” lago chico” donde la presencia de vertientes como las quebradas de la Mugre , los Pozos , y el rió Tobal representan la principal fuente de entrada de fosfatos en esta zona, y la entrada por aguas de escorrentía y desagües de los monocultivos de cebolla que predominan en esta orilla del lago . El rió Tobal y la quebrada la Mugre sirven como desagüe de las aguas residuales del municipio de Aquitania y de los cultivos aledaños de flores y cebolla, por lo que su aporte de fosfatos y materia orgánica a la laguna es de mayor importancia comparativamente con los demás puntos muestreados. Consecuentemente con dicho resultado las características físicas de las muestras de estos tres sectores presentan gran cantidad de material orgánico; la presencia de minerales pequeños y de material arcilloso es nula. Por el contrario, en sitios como Hato laguna con 0.7426 mg/g, La bocana con 0.7426 mg/g , el Túnel con 1.1292 mg/g y Playa blanca 1.2142 mg/g, en los que el sedimento es arenoso se encontraron las concentraciones más bajas de fósforo. Los datos obtenidos con respecto a la concentración de carbono orgánico, arrojaron correspondencia con los datos de fósforo; las concentraciones más altas de carbono orgánico se encontraron en los mismos puntos donde se presenta una alta concentración de fósforo (Grafica IV) .1 Sin embargo no se encontró una correlación estadística. Grafica IV .1 Carbono Orgánico vs fósforo Total, prom edio de concentraciones en cada punto para los cinco m uestreos.
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LaBocana
El Tunel HatoLaguna
Lamugre
Piscicol PlayaBlanca
Lospozos
PUNTO
Conc
entra
cion m
g/g
CarbonoFosforo Total
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De igual manera se encontró que para puntos con alta alcalinidad la cantidad de fósforo es mayor, esto se puede deber a que pH altos favorecen la precipitación de fósforo (Grafica IV.2) por parte de óxidos de hierro Einsele (1936) y Mortimer (1941,1971) . Sin embargo no se encontró una correlación estadística. Grafica IV .2 Fósforo Total vs pH de cada punto .Prom edios de concentraciones y pH de cada punto para los cinco muestreos.
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LaBocana
El Tunel HatoLaguna
Lamugre
Piscicol PlayaBlanca
Lospozos
PUNTO
mg/g
; pH
Fosforo TotalpH
Esto concuerda con resultados de trabajos realizados en sistemas lagunares de México que presentaron comportamientos similares a los obtenidos en el lago de Tota, donde se encontró una estrecha relación entre las concentraciones de fósforo y las características del sedimento mencionadas -pH y materia orgánica- (Federico Páez-Osuna, Humberto Bojórquez-Leyva y Fernando González-Farías, 1991). Al comparar los resultados obtenidos con los resultados presentados en el trabajo de tesis Determinación espaciotemporal de la concentración de fósforo en el lago de Tota, Rubén Darío Cordero ,2004, se encontró que los puntos que presentaron mayor cantidad de fósforo en la columna de agua corresponden a los puntos de la Mugre y el Túnel. Esto indica la correspondencia de resultados que confirman el estado eutrófico de estos puntos, con niveles de fósforo con diferencias altamente significativas entre puntos de la laguna. En cuanto a los muestreos, también se encontraron diferencias significativas en los diferentes meses , donde Agosto (1) presentó una concentración promedio de 1.8772 mg/g el más alto de los niveles de fósforo, mientras que el mes de Enero (5) del 2005 presentó los niveles mas bajos con 1.1766 mg/g; cada uno de estos resultados coincide con los períodos de precipitación y sequía que presenta la laguna: un periodo seco que va desde Diciembre a Marzo y un periodo de alta pluviosidad el resto del año (Implementación de un SIG para el diagnostico del lago de Tota y posibles alternativas para su recuperación Rojas
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y Diaz-granados ,1997) . El incremento en el caudal de los afluentes y en el arrastre de los suelos durante los períodos de lluvia puede explicar la diferencia en las concentraciones halladas en los diferentes meses.
Los resultados obtenidos para nitrógeno de Kjeldahl arrojaron diferencias significativas solamente en la variable punto, La mugre (1) con una concentración de 11.585 mg/g presenta la mayor concentración de nitrógeno de Organico. Siendo este tipo de nitrógeno representativo de la parte orgánica la presencia su presencia se ve favorecida por la entrada y acumulación de materia orgánica procedente de la actividad humana, principalmente el uso de fertilizantes con altos contenidos de nitrógeno orgánico. En puntos como La Mugre que presenta un alto contenido de materia orgánica, condiciones de pH elevado y bajo contenido de oxigeno, se favorece la presencia de bacterias amonificantes y desnitrif icantes. La acción de estos organismos en el sedimento controla los pasos del ciclo del nitrógeno en los lagos; la razón por la cual, como parte de este tipo de nitrógeno se encuentran proteínas, aminoácidos y moléculas biosinteticas es que estas conforman dichos organismos. Al comparar los datos obtenidos de carbono orgánico se encuentra nuevamente que, en los puntos de mayor concentración de materia orgánica existe una mayor concentración de nitrógeno de Kjeldahl Grafica VI.3. Sin embargo no se encontró una correlación estadística entre el carbono y el nitrógeno de Kjeldahl. Grafica VI.3 Nitrógeno de Kjeldahl vs Carbono Orgánico, promedio de concentraciones en cada punto para los cinco m uestreos
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La mugre Pisc ic ol El Tunel La bocana HatoLaguna
Los Pozos Play aBlanca
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g/g
Nit rogeno deKjedhal
Carbonoorganico
En consecuencia un desbalance entre la entrada y la asimilación de nitrógeno (nitrif icación y desnitrificación) puede llevar a la acumulación de diferentes formas de nitrógeno. Es importante el reciclado de nutrientes como un mecanismo de abastecimiento del fitoplancton (Harrison1978; Lehman 1980); este mecanismo de remineralizaron de materia inorgánica a partir materia orgánica del sedimento es esencial para la disponibilidad de nutrientes en la
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columna de agua , pero la acumulación de nitrógeno en los sedimentos puede traer como consecuencia un aumento en la disponibilidad de nitrógeno inorgánico, que favorece el crecimiento de macrofitas en los lagos (De Groot y Van Wijck 1993); un crecimiento no controlado de comunidades de macrofitas trae consigo problemas de anaerobia , sequía y expansión de la orilla del lago. El punto que presentó la menor concentraron de nitrógeno de Kjeldahl fue el de Playa Blanca (7) 1.7835 mg/g, la poca presencia de materia orgánica, y la característica de sedimento predominantemente arenoso, limitan la posibilidad de acumulación de moléculas de nitrógeno orgánico. Grafica VI.3 Por otro lado, las concentraciones de nitrato encontradas en las variables muestreo y punto presentan diferencias significativas. De nuevo es el punto de La Mugre el que muestra las mayores concentraciones en relación con los demás puntos muestreados; las concentraciones de nitrato muestran las medias más altas en la Mugre (1) 4.3129 mg/g y Playa Blanca 4.0614 mg/g , y en el punto el Túnel las concentraciones más bajas en los muestreos con una concentración de 2.3495 mg/g. En cuanto al comportamiento esperado para las concentraciones de nitrato, el punto La Mugre por sus características de alta contaminación cumplió con lo esperado presentando la media mas alta de todos los puntos, La diferencia se puede deber a que son fuentes de este nitrato los abonos químicos y la gallinaza usados ampliamente en los cultivos. Dada la baja disponibilidad de nutrientes naturales del suelo por causa de los monocultivos de cebolla , la utilización de estos productos de manera intensiva en el lago (Implementación de un SIG para el diagnostico del lago de Tota y posibles alternativas para su recuperación Rojas y Díaz-granados ,1997) es uno de los factores que mas influencian la entrada de nutrientes al cuerpo de agua, por lo que la presencia de nitrato en este punto cuyas condiciones fisicoquímicas no favorecerían el proceso de nitrificación (anerobiosis), se debe a la acumulación por entrada de nutrientes. En cuanto a Playa Blanca, las características del sedimento, favorecerían los procesos de nitrif icación, siendo un sedimento arenoso y con alta probabilidad de agitación por parte de corrientes internas; la tasa de nitrif icación seria positiva por la disponibilidad de oxigeno. (Margalef, Limnologia 1983). Las diferencias encontradas en los muestreos pueden hallar su explicación en el hecho de que el lavado de los suelos en los periodos de invierno favorece el arrastre de nitratos a las masas de agua. De nuevo el mes de agosto muestra las concentraciones más altas de nitrato. Las lluvias, corrientes húmedas provenientes del llano, el sistema de alisios y corrientes internas formadas por variaciones geomorfológicas locales son los principales vientos que recorren la cuenca de la laguna (Implementación de un SIG para el diagnostico del lago de Tota y posibles alternativas para su recuperación Rojas y Díaz-granados ,1997). Su acción sobre la masa de agua produce la formación de fuerte oleaje, y regula el movimiento de las corrientes internas que favorecen el ciclaje y precipitación del nitrato durante la época de invierno. Podemos concluir entonces, que existe una zonación referente a diferencias significativas en las concentraciones de fósforo, que identifican a la Mugre, Piscícol y los Pozos como los puntos con mayor concentración de fósforo en relación con los demás. La importancia de esto radica en que los tres
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pertenecen a la margen oriental del lago denominada “Lago Chico” y están fuertemente influenciados por canales de riego, desembocaduras de aguas negras (Rió Tobal , quebrada la Mugre, y quebrada los Pozos) de el municipio y hoteles , cargas de nutrientes de criaderos de truchas (Piscicol) y están rodeados de la mayor extensión de cultivos de la región. Consecuentemente las características físicas similares del sedimento en los tres puntos (alto porcentaje de materia orgánica, poca arcilla y poca arena) favorecen condiciones fisicoquímicas que permiten la precipitación de fósforo. Esta identificación de puntos concuerda con el estudio del fósforo en la columna, realizado por Rubén Cordero en 2004, donde hay una identificación de puntos en proceso de eutrofización que concuerda con los del presente trabajo. Los demás puntos encuentran concentraciones menores, en parte por el tipo de sedimento (principalmente arenoso), en parte porque en la zona de “lago grande” la recirculación del fósforo se puede ver favorecida por la amplitud del espejo de agua y en parte porque la presencia de cultivos a orillas de laguna es casi nula debido a la pendiente en esta orilla. (Pendiente entre un 5% y un 35%; “estudios de Conservación y Manejo del Lago de Tota y su Cuenca”,Hidroestudios, Bogota. 1978).
En cuanto a las concentraciones de nitrógeno de Kjeldahl y nitrato encontradas, existe también una identificación con puntos de mayor concentración ubicados en el sector de Lago Chico, como La Mugre y diferencias con Playa Blanca para el caso de nitrato, por ser un punto de alta concentración (dado por las características físicas el sedimento). El nitrógeno de Kjeldahl presentó su mayor concentración en la Mugre y esto coincidió con las concentraciones de carbono orgánico que identificaron a este punto como el que posee la mayor cantidad de materia orgánica en el lago. Esto da pie para explicar las diferencias encontradas en esta porción orgánica del nitrógeno que incluye desechos orgánicos, plantas, algas muertas y microorganismos descomponedores. La no variación de esta porción del nitrógeno a lo largo de los meses de muestreo, coincidió con la no variación en los muestreos para el carbono orgánico, lo que da a entender que hay estabilidad temporal en la carga de materia orgánica durante los periodos de lluvia y verano, y que tanto la llegada de periodos de lluvia como la descarga a la laguna, no representan una cantidad importante en cuanto a materia orgánica se refiere. Por otro lado las descargas de nitrato al lago, si presentan un comportamiento temporal con incremento durante el periodo de lluvias. Dada la naturaleza de las fuentes alóctonas del nitrato (abonos orgánicos e inorgánicos) el lavado de los suelos incrementa las concentraciones de nitrato en la laguna causando posiblemente un desbalance en su asimilación por parte de los organismos.
La obtención de los datos recogidos en este trabajo, sirve para conocer el comportamiento del nitrógeno y el fósforo, nutrientes hallados en el sedimento. Sin embargo, es necesario complementar este trabajo en aspectos como, tasas de liberación de nutrientes del sedimento a la columna de agua, estudio de comunidades bacteriales en el sedimento y muestreos a mayor plazo, con el fin de determinar las tasas de acumulación en el tiempo de estos nutrientes y conocer mejor la dinámica de comportamiento de los mismos en el lago.
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VII Bibliografía - AMERICAN SOCIETY OF LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY. Comparison of high-temperature and persulfate oxidation methods for determination of dissolved organic carbon in freshw aters. Limnol. Oceanogr 37(5), 1992, 1119-1125. - AMERICAN HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastew ater 19th Edition. 1995.
- ASSIS ,E.F. Fundamentos de Limnología. 2ª edição. Editora Interciencia Ltda. 1988.
- Bhakta , J.N. Influence of sediment phosphorus on utilization efficiency of phosphate fertilizer : a mesocosm study. Aquaculture Research, 33, 2002 203 -215. - Chang, R. Chemistry. 4th edition. McGraw -Hill Inc, U.S.A. 1991. - Gilbin, R. Phosphorus and organic matter in w etland sediments:analysis through gel permeation chromatography. Agronomie 20 (2000) 567–576 -James, W. Manipulation of Sediment Nitrogen via Dew atering and Rehydration: Implications for Macrophyte Control and Nitrogen Dissipation. RDC/TN APCRP-EA-06 Septiembre 2003. - Keill , R.G . Rew orking of amino acid in marine sediments: Stable carbon isotopic composition of amino acids in sediments along the Washington coast. Limnol Oceanogr., 46(1), 2001, 14-23. -Lefebvre, S. Stream regulation and nitrogen dynamics in sediment interstices: comparison of natural and traightened sectors of a third-order stream. River research and Applications. 20 (2004). 499–512. - Levine, S.N .Modification of the N : P ratio in lakes by in situ processes. Limnol. Oceanogr 37(5), 1992, 9 17-935. - Margalef, R. Limnología. Ediciones Omega S.A. Barcelona. 1983.
39
- Mathew s, C. K. E. VAN HOLDE. Bioquímica. 2ª edición. McGraw -Hill Interamericana de España. 1998.
- Meyer, L. The role of sediments and bryophytes in phosphorus dynamics in a headw ater stream ecosystem. Limnol. Oceanogr 24(2), 1979, 365-375. - Minzoni, F. “The nitrogen cycle in shallow w ater sediment systems of rice fields. Part I: The denitrif ication process,” Hydrobiologia 159, 1999 189-202. -Smith,C. Phosphorus transfer from sedim ents by Myriophyllum spicaturn. Limnol. Oceanogr 31(6), 1986, 1312-1321. - Spivacov, B.. Phosphorus Speciation in Water and Sediments. Pure Applicated Chemistry., Vol. 71, No. 11, pp. 2161- 2176,1999. IUPAC. - SOUTHERN COOPERATIVE SERIES BULLETIN. Methods of Phosphorus Analysis for Soils,Sediments, Residuals, and Waters. No. # 396.2000. - Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey Chapter A1 Pág. 367.1986 - Valderrama, J.C. 1980. The Simultaneous Analysis of Total Nitrogen and Total Phosphorus in Natural Waters. Marine Chemistry, 10 (1981) 109-122.
- Wade, L. G. Organic Chemistry. Prentice Hall Inc. 1991.
- Wetzel, R. G. Limnología. 1981. Ediciones Omega. Barcelona.
- Wetzel, R. G. Linkens, G. Limnological Analyses. Ed. Springer – Verlag. N.Y 1991.
- Yu, Z. S., R.R. Northrup, and R. A. Dahlgren. Determination of dissolved organic nitrogen using persulfate oxidation and conductimetric quantification of nitrate-nitrogen. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 25 1994 (19&20), 3161-3169.