Contaminación y medio ambiente 959-05-0133-8

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T PINOS NUEVOS

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erario Suárez y Tereslta Romero

CONTAMINACIÓN Y MEDIO AMBIENTE

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CONTAMINACIÓN Y MEDIO AMBIENTE

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P I N O S

N U E V O S

Rompió de pronto el sol sobre un claro del bosque, y allí, al centelleo de la luz súbita, vi por sobre la yerba amarillenta erguirse, en torno al tronco negro de los pinos caídos, los racimos gozosos de los pinos nuevos: ¡Eso somos nosotros: pinos nuevos! JOSÉ MARTÍ

Unámonos, unámonos a tiempo, que todos nuestros corazones palpiten como si fuesen uno solo y así unidos, nuestras veinte capitales se trocarán en otras tantas centinelas que, al divisar al orgulloso enemigo, cuando éste les pregunte: ¿quién vive? les respondan unánimes, con toda la fuerza de los pulmones: ¡La América Latina! MANUEL UGARTE

Este libro ha sido editado con el esfuerzo conjunto del Instituto Cubano del Libro, las editoriales cubanas, los autores, artistas plásticos, diseñadores, componedores, correctores y editores de Cuba, y un grupo de argentinos memoriosos y agradecidos.

CONTAMINACIÓN Y MEDIO AMBIENTE Gerardo Álvarez Suárez Teresita Romero López

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EDITORIAL CIENTÍFICO-TÉCNCA i

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j: Álvarez Suárez, Gerardo, 1942. | Contaminación y medio ambiente / Gerardo Álvarez Suárez, Te| resita Romero López. ~ La Habana : Editorial Científico-Técnica, I 1995. 112 p., il; tab. -- (Pinos Nuevos). i:

"Bibliografía" : 94-100. ISBN 959-05-0133-8

¡ 1. CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

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COMISIÓN DE SELECCIÓN: Diosdado Pérez Franco Alberto Herrera Guirola Ricardo González Menéndez © Gerardo Álvarez Suárez, 1995 Teresita Romero López, 1995

!Los beneficios que rinde el DDT son discutibles; si bien es verdad que el rendimiento de las tierras cultivadas se incrementa con el uso de plaguicidas, también es verdad que hay un efecto secundario que es ignorado o no se mide, que es innegable y supone un costo real que hasta estos momentos el hombre no se ha visto obligado a pagar. El 99 % de las plagas de insectos se controla por medio del control biológico; el hombre únicamente lucha contra las que atacan casi exclusivamente a los cultivos comerciales y esto hace que las nuevas estirpes, generadas por los sobrevivientes, sean cada vez más resistentes, lo que provoca la necesidad de utilizar cada vez más concentraciones mayores y plaguicidas más poderosos o combinaciones de ellos, que a la larga dan lugar y facilitan una mayor diseminación de la contaminación global. Muchas de las aves marinas han sufrido grandes reducciones de sus poblaciones como resultado de la acumulación del DDT y sus metabolitos en los tejidos. El DDT es el causante de interferir en la reproducción y de que los huevos no lleguen a terminar su maduración, porque se rompen durante la incubación o se endurecen y no pueden eclosionar los pichones. Conocido es que elfitoplanctonde las aguas superficiales es el productor y la fuente primaria de todo el material orgánico que alimenta a otros organismos del medio acuático. La fotosíntesis de las algas unicelulares es interferida por concentraciones de DDT de 10 mg/L, o más (Wunster, 1968; Menzel et al, 1968). La solubilidad del DDT en el agua de mar se calcula en 1 • 10 , que es sólo 10 % de las concentraciones inhibitorias del fitoplancton, según experimentos de laboratorio. Sin em-

o el DDT que es soluble en las grasas puede concentrarse ncapas de petróleo, y el fitoplancton sometido a este tipo de Intaminación doble puede resultar afectado. El DDT y sus metabolitos se acumulan en las reservas grasas de los organismos, con tendencia a una mayor concentración a medida que pasa a niveles más altos de la cadena alimentaria (Fig. 2.5). D DD 2,0 mg/g

Plancton 10mg/kg

Factor de acumulación f=x 100 000 Peces planctófagos 903 mg/kg Aves comedoras de peces 2134 mg/kg Peces carnívoros 2690 mg/kg Fig. 2.5 Incremento de los niveles de DDT en una cadena alimentaria en Clear Lake (California), 13 meses después de ser aplicado para el control de insectos. (Modificado de Keeler, 1970.)

El zooplancton herbívoro acumula concentraciones más elevadas de DDT que las que se encuentran en el fitoplancton que ingiere, ya que este no está metabolizado y se almacena en sus tejidos grasos. Los carnívoros de más alto nivel, como

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aves y peces, son Tos que acumulan la máxima cantidad de DDT o DDD, y se ha comprobado que es en estos organismos donde se han producido sus mayores efectos (Fig. 2.6). Golondrinas marinas 3.15-5,17 p.p.m. 4,75-6.40 p.p.m'

Restos orgánicos Vegetación de marismas 1,5 kg/m" Sedimentos 0.03 kg.m 2 ^ -*• Camarón

Huevos de Pandion 1 3,8 p.p.m.

Vegetación acuática Cladophora 0,08 p p.m.

Cormorán 26,4 p.p.m.

Plancton 0,04 p.p.m

Umbrina Vegetación de marismas 1,24 p.p.m. Brotes 0,33 p.p.m. Raices 2,80 p.p.m, „ Mosquito 0,30 p.p.m

Martin pescador

Mirlo americano

Grillo 0,23 p.p.m. Flujo de energía.

Fl g. 2.6 Traspaso de DDT en una cadena alimentaria compleja en estuario de Long Island (Woodwell, 1967). La energía pasa de plantas a herbívoros y a carnívoros, dentro de la comunidad biológica. Esta red sólo muestra algunos eslabones. Los valores son referidos a peso húmedo y completo.

Actualmente se ha comprobado que tanto los peces marinos como los de agua dulce están contaminados casi universal36

1

ente con DDT o sus productos análogos, que tienen efectos fisiológicos semejantes. Cantidades grandes de peces (caballas) de California han sido condenadas, porque la concentración de residuos de DDT en ellos es superior a 5 mg/kg, obtenido en sus partes comestibles. El DDT es metabolizado en los animales y pasa de DDT a DDE (Fia 2.7), que es usualmente el metabolito predominante en los niveles tróficos altos, lo que demuestra cómo este plaguicida es metabolizado al pasar de un organismo a otro, por medio delflujode energía. La toxicidad directa del DDT sobre los peces adultos no se ha comprobado sobre el terreno, pero en experimentos de laboratorio se ha demostrado que una concentración de 5 mg/kg en los huevos maduros de la trucha, produce 100 % de fracasos en el desarrollo del pez, y la mortalidad ocurre en el momento de la asimilación del saco vitelino, donde es acumulado. Butler (1965) ha demostrado que las especies comerciales de camarón y cangrejo perecen por su exposición al DDT en concentraciones de menos de 0,2 mg/L, causantes de mortalidades del orden de 100 % en menos de 20 días. »Hay pruebas evidentes de que el DDT ejerce efecto directo sobre la viabilidad del crecimiento de crustáceos y moluscos en concentraciones considerablemente inferiores a su solubilidad en el agua/ Se supone que el medio ambiente marino es el desagüe final del DDT que entra en los océanos, bien por transporte aünosférico o por acarreo de los ríos; calculándose que una proporción no menor de 25 % de los compuestos del DDT producidos hasta la fecha, puede haber sido trasladada hacia el mar. La cantidad incorporada a la biota marina sólo ha sido del orden de 0,1 % de la producción total hasta la fecha, pero ha repercutido sensiblemente en el medio ambiente marino. Los bifenfiidos policlorados (PCB) que se utilizan en gran proporción en la industria como elementos plastificantes para la producción de materias plásticas y de caucho, son muy 37

tóxicos y se hallan entodoslos lugares en que se encuentra el DDT. Estos son compuestos no biodegradables y tienen gran cantidad de efectos perniciosos. Por su acción dañina, debe limitarse el uso de los plaguicidas a base de hidrocarburos clorados, a necesidades sanitarias críticas solamente. DDT — • "

DDD

DDA

» DDE

CL DDE

Fig. 2.7 Paso metabólico del DDT a DDE en los animales.

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u v en la actualidad varios insecticidas sustitutivos que son s persistentes y que se descomponen rápidamente, por wuxe se hacen inofensivos. Estos son los plaguicidas orgafosforados, más caros que los organoclorados y de uso más fr°cuente, pero cuyos daños al medio son menores. Actualnte no se conoce en la realidad lo que pudiera suceder de r utilizados en períodos prolongados. Son más tóxicos para el hombre y los mamíferos en general que los organoclorados, eso es necesario resolver varios problemas económicos antes de que se pueda sustituir completamente el DDT. 2.5 Otros desechos orgánicos

En la actualidadhay una gran cantidad de productos orgánicos que son producidos como desechos por las diversas actividades antrópicas o humanasf'Las industrias petroquímicas, las fábricas de pulpa y papel, los centrales azucareros, las productoras de tonda y las destilerías, entre otras, son responsables del transporte de sus desechos hasta el medio acuático y de crear una gran cantidad de problemas, entre ellos la desaparición del oxígeno del medio receptoif Si las aguas de uso humano son puestas en contacto con aquellos, estas naturalmente dejarían de ser potables; los organismos vivos que se encuentran en ellas podrían morir, si no abandonaran la zona afectada y las aguas de los ríos o las costeras, como playas o esteros, se contaminarían con una gran diversidad de productos, que las volv erían impropias para las actividades pesqueras o recreativas^ Si estos materiales contaminadores de origen orgánico son descompuestos por las bacterias acuáticas, exigirán una cierta demanda bioquímica de oxígeno, al igual que las aguas residuales no tratadas, y pueden hacer que el agua se vuelva anóxica y produzca gases peligrosos para la vida, como el sulfuro de hidrógeno y el metano, que terminan destruyendo la mayor parte de la vida acuática (Ruivo, 1971). El esquema de la tabla 2.4, sirve para evaluar los distintos productos químicos contaminantes sobre la base de su toxici-

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dad para la vida acuática y sus efectos. De estos, los no tóxicos generalmente son gases y líquidos inodoros qUe producen una contaminación poco importante para el me dio; los prácticamente no tóxicos, son aceites ligeros v productos químicos solubles que producen poco olor; 10

\

A

Daños que afectan la calidad •

*

•

•

• • - i i -»* * ^ • "

• * *-

Fig. 3.1 Interrelacioiies de las aspectos fundamentales que provocan danos •

65

mentalmente, aunque se pudiera considerar las concentrad nes de iones hidrógeno, dureza, alcalinidad, cantidad de sol" dos en suspensión, materia orgánica y elementos traza entr otros, como importantes. Las fluctuaciones del contenido de oxígeno generalment no responden a cambios estacionales, sino a factores irresu lares diversos condicionados, entre ellos la afluencia d materia orgánica a la zona, o en caso extremo a la diversidad de elementos fisiológicamente activos que están en ella aunque estos limitarán especialmente el gradiente de concentración. El oxígeno puede considerarse como el factor más restrictivo. La carencia de este elemento desestabiliza toda la vida marina superior, incluso, con un contenido bajo, se presentará un efecto adverso que dificulta el desarrollo y la colonización del área. Las variaciones de las temperaturas ocurren estacionalmente con mayor fuerza en las capas altas del mar o en zonas costeras, donde las influencias climáticas surten mayor efecto. La salinidad en algunas localidades varía estacionalmente, en lo fundamental en relación con los regímenes de lluvia a que la zona está sometida. En estuarios, lagunas costeras y bahías con características de afluencia de agua de mar y dulce, las variaciones de salinidad son importantes, pues a cierto nivel de sales se mantiene un espectro estrecho de especies (Fig. 3.2). Si se introduce un contaminante en diferentes áreas de gradiente de salinidad aparecerán más representados ciertos tipos de organismos en cada una de ellas. La interrelación de estos factores provocará comunidades con grupos de especies diferentes. Por medio de la contaminación el hombre aumenta la mortalidad de los organismos vivos del mar; estos pertenecen a un ecosistema y no tienen posiciones independientes. Si una especie ve reducida su biomasa en número, otras pueden reemplazarla en la cadena alimentaria y un ecosistema diferente en calidad será el nuevo resultado. Las especies anterio-

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de esta forma, tendrán posibilidades inciertas para su restauración.

Numero de especies

0

l 5

i l i l í 10 15 20 25 '30 35 g/kg Salinidad

Flg. 3.2 Cantidad de especies en relación con la salinidad del medio.

La complejidad del ecosistema está vinculada estrechamente con la estabilidad del medio. Si el ambiente tiene pocas variaciones estacionales, como las de los trópicos, hay una gran cantidad de especies relacionadas estrechamente unas con otras, que forman un complejo dinámico. Si se presentaran cambios en la abundancia de una especie, de modo que

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esta se volviera dominante, los otros elementos del ecosistem tratarán de restablecer las condiciones iniciales, con la prese cia de un mecanismo de autorregulación fuerte, para tender equilibrio homeostático, luego este ambiente se volverá ine table. En una ambiente con fluctuaciones estacionales grandes como la mayoría de las áreas templadas, hay relativarnent poca cantidad de especies con un número fluctuante, y se advierte un mecanismo de autorregulación menos perfeccin nado. Los mares salobres e hipersalinos representan un caso especial. En las aguas salobres hay pocas especies que Se desarrollan sometidas a un gran esfuerzo regulador, y aunque hay variaciones ambientales marcadas y la ocurrencia de un número de especies limitada, estos ecosistemas están bastante estables, aunque se debe señalar que la falta de competidores es un factor decisivo presente en ellos. La tendencia, a medida que transcurre el tiempo o la edad para los ecosistemas, es la de volverse más complicados, aunque hay intentos en sus integrantes de colonizar nuevas áreas, lo que es contrabalanceado por los mecanismos reguladores de los ecosistemas limítrofes, que con el decursar del tiempo devienen más complicados, como consecuencia de la interacción e introducción afortunada del número de especies. Todo este proceso lleva a la maduración del ecosistema y ocurre a largo plazo, ya que los cambios a corto plazo, como la sucesión ecológica, ocurren aproximadamente en un año. Los ecosistemas tienden a simplificarse con la ayuda de factores antropogénicos. El hombre extrae las especies que le son más convenientes o las más perjudiciales, por lo cual el sistema se hace más inestable y menos capaz de afrontar las influencias exteriores. La perturbación del medio ambiente por la introducción de contaminantes, provoca un efecto similar. La disminución de la calidad fisicoquímica del ambiente por contaminación provoca una reducción de la maduración del ecosistema.

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Según el sustrato que soporta una comunidad se plantean varios niveles de complejidad. De estos, los de más grado de diversidad son los duros; los sustratos blandos tienen un nivel intermedio, y los líquidos, que presentan los niveles de diversidad mínimos. 3,4 Regulación ecológica

La regulación ecológica es uno de los aspectos más biológicos de la ecología, es decir, la interacción de los organismos con los organismos en la manutención de la estructura y función de la comunidad. Una de las consecuencias más dramáticas e importantes de la regulación biológica en la comunidad como un conjunto, es el fenómeno de la sucesión ecológica. Por ejemplo, cuando en una parte de un territorio un campo cultivado es abandonado, la selva que originalmente ocupó ese lugar sólo retornará después que una serie de comunidades temporales hayan preparado el camino. Las etapas sucesivas de la selva que finalmente se desarrollan en el lugar pueden ser completamente diferentes en estructura y función a la original. Tales comunidades actúan como etapas evolutivas, análogas a las de la historia de la vida. 3.5 Sucesión ecológica

La sucesión ecológica puede ser definida por los tres parámetros siguientes: 1) Es el proceso ordenado de cambios de la comunidad. Estos son direccionales; y por lo tanto predecibles. 2) Resulta de la modificación del ambiente físico por la comunidad. 3) Culmina en el establecimiento del ecosistema tan estable como sea biológicamente posible sobre el lugar en cuestión.

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La sucesión ecológica es una comunidad controlada donri cada conjunto de organismos cambia el sustrato físico v microclima (condiciones locales de temperatura, luz, etc) hay, de tal modo, condiciones favorables para otros conjunto de organismos. Cuando el lugar resulta modificado por nr cesos biológicos se desarrolla un estado estable por lo meno en la teoría. Con el tiempo, las especies implicadas y el grado de esta bilidad alcanzado dependen de la geografía, el clima el sustrato, y otros factores físicos, pero en sí el proceso de sucesión es biológico, no físico, es decir, el ambiente físico determina el modelo de la sucesión pero no lo provoca. Términos básicos de la sucesión ecológica En la terminología ecológica, las etapas de desarrollo se conocen como etapas seríales, y la etapa final de estado estable como climax. La escala completa de comunidades es característica de un lugar dado y se denomina serie. La sucesión que empieza sobre un área estéril, donde las condiciones de existencia no son al principio favorables como, por ej emplo, una duna expuesta por primera vez a un flujo reciente de lava, es denominada sucesión primaria. El término sucesión secundaria se refiere a la comunidad que se desarrolla sobre lugares previamente ocupados por comunidades bien desarrolladas, o sobre los lugares donde los nutrientes y las condiciones de existencia son ya favorables, tales como tierras de cultivo abandonadas, tierras de pasto paradas, selvas sobretaladas, o charcos nuevos. Como podría esperarse, en una sucesión secundaria la proporción de cambios es mucho más rápida y el tiempo necesario para completar la serie es mucho más corto. Finalmente, es importante distinguir entre lo que puede ser llamado, a falta de términos mejores, sucesión autotrófica y sucesión heterotrófica. El primero es el tipo ampliamente disperso en la naturaleza que comienza en un ambiente pre70

ffliI1antemente

inorgánico y esta caracterizado por la tema y continuada dominación de los organismos autotrófiP13"» menos que se indique otra cosa, la sucesión ecológica Z«fiere al tipo autotrófico. La sucesión heterotrófica está caracterizada por la dominav>n temprana de los heterótrofos y se produce en el caso 01 erial donde el medio ambiente es predominantemente dánico como, por ejemplo, en una corriente abundantemente contaminada por aguas negras, o en escala más pequeña, en n tronco caído. La energía es máxima al comienzo y declina medida que se produce la sucesión, a menos que sea introducida materia orgánica adicional o hasta que tome lugar un régimen autotrófico. En contraste, el flujo de energía no declina necesariamente en el tipo autotrófico, si no se mantiene o aumenta durante la sucesión. 3.6 Factores limitantes. Ley de Liebig

Es conocido que el flujo de energía y el carácter cíclico de los materiales limitan y regulan la comunidad biológica y, a su vez, la comunidad regula al menos dentro de algunos límites, a la proporción de los flujos. Otros aspectos importantes a considerar son: 1) Factores del medio ambiente, como la temperatura, que no están comprendidos directamente en la energía biológica o en las transformaciones materiales, pero que determinan la condición de existencia para los organismos vivientes. 2) Las interacciones de organismos con organismos que en muchas comunidades tienen efectos profundos sobre el tamaño y la composición de poblaciones. Puesto que los aspectos siguientes: energía, materiales, condiciones y comunidad interactúan a manera compleja en la naturaleza, estaría bien considerar los principios generales de factores limitantes, antes de pasar a examinar en los ecosistemas los factores más puramente biológicos.

71

Cualquier factor que tienda a frenar el crecimiento pote cial en un ecosistema se dice que es un factor limitam Cuando el freno permite la supervivencia, puede ser m ^e

dentr7

ecosistema. L a Sa e n n ú m

como B.

a

5

bioma

« ° aparea

Tiempo

B4

(B)

Fig. 4.2-b

D

Tiempo donde el componente / representa la interacción entre el factor ambiental y la especie o especies en cuestión. Ahora bien, en un sistema con diversas especies (TVL, 1974) llamadas A,B,C,D y E, frente a factores ambientales M,N y W, los componentes interactuantes de las propiedades del sistema se volverán más significativos, ofreciéndose: A + B + C + D + E + M + N+W + IAB + IAC + IAD + +I

AE

+

+ l

AM

+ J

AN+ ^AW + ^BC+ IBD

*CD + •• • + '-CE + IcM

+ Í

DW

+ 1

EM

+

¡EN + hw

+

+ Í

BE

+

hhí

+ I

BW +

^CN + *CW + *DE + *DM + DN + +

¡MN + lMW

84

+

hw.

El número de interacciones simples aumenta las posibilimás rápidamente que el número de las especies y los ©res ambientales del sistema. Si el número délas especies l factores ambientales es n, el número de posibilidades de i facciones simples será:

La interacción que ocurre constantemente entre los organismos y los factores ambientales puede llegar a estabilizar el sistema, tanto como para reducir la cantidad de variaciones individuales en las especies. El sistema biológico o ecológico vuelve estable y ocurren más relaciones o interacciones entre ellos. Un incremento en el número de especies implicaría un sistema balanceado y bien estable; muchas especies pueden vivir, pero relativamente pocos individuos por cada especie. En un ecosistema inestable pocas especies pueden coexistir bajo condiciones extremas, como las que provoca la contaminación, pero existirán muchos individuos por especie. Esto se conoce como la Segunda Ley Biocenócica, que significa que a mayor estabilidad menor productividad. 4.2 Términos de estudio

Para estudiar el efecto del medio sobre las poblaciones se realizan muéstreos que deben realizarse lo más cuidadosamente posible y se debe asegurar que las especies o los individuos estén representados adecuadamente en la captura. Colateralmente, se deben estudiar los términos siguientes: Abundancia: es el término básico de estudio y está representado como el número de individuos que ocurren en una unidad de área o volumen. Para los estudios bénticos se utiliza la unidad de superficie, con lo cual la abundancia vendrá dada por el número de individuos (organismos) que se encuentra

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en 1 m . Para los estudios planctónicos se usa como unidad volumen, luego la abundancia será ejemplares por met cúbico o células por litro. Estas unidades se utilizan también para conocer la distribución vertical diurna del zooplanctQ Constancia: representa el número de localidades donde encuentra una especie, lo que quiere decir que una especie an está representada en todos los lugares de muestreo durante todo el año tendrá una constancia igual a 100. Dominancia: es la abundancia de una especie en relación con las otras. Se expresa en porcentaje de individuos de una especie, separada del total de individuos capturados en una muestra. Afinidad: es cuando se compara la composición de dos muestras y se expresa al comparar las cifras de dominancia por cada dos localidades. Se obtiene al sumar la cifra de dominancia más baja de cada especie en ambas localidades Una afinidad alta, viene representada por valores elevados En la tabla 4.1 se representa un ejemplo. Tabla 4.1

Ejemplo de determinación de afinidad para dos áreas de muestreo ESPECIE

CIFRAS DE DOMINANCIA ÁREA1

ÁREA 2 35

A

62

B

23

3

C

7

30

D

5

12

E

3

20

X

100

100

índice de Afinidad

7 + 5 + 3 + 3 5 + 3 = 53

86

Diversidad: es la relación que hay entre el número de especies y el número de individuos y expresa lo diverso que es el ecosistema. Lafórmula clásica propuesta por Margalef (1951) es:

donde: d = índice de diversidad; 5 = cantidad de especies; N = cantidad de organismos. El índice de Simpson (IVL, 1974), tiene por fórmula: %n(n-l) 5/=

N(n-l)

'

donde: donde: SI = índice de diversidad; n = cantidad de individuos de una especie dada; N = cantidad total de organismos. El índice de Shannon y Weaver (1963), tiene por fórmula:

„

H

X

Ni

N

InNi N

donde: H = índice de diversidad; Ni = número de individuos de la enésima especie; N = número total de individuos. Este índice ya es independiente del tamaño de la muestra y no es sensible al número de especies cuando hay poca cantidad de ellas. El índice de Brillovin (1962), tiene por fórmula: 3 322 B = ~Y~ [lnN\-(lnm

\ + lnn2\ 87

. . . l„,)]

donde: B = índice de diversidad; N = cantidadtotalde organismos; «j = cantidad de organismos de la especie 1; « 2 = cantidad de organismos de la especie 2; ns = cantidad de organismos de la especie s. Este índice es una medición de la diversidad o informació por individuos y es dependiente del tamaño de la muestra m lo tanto es más recomendable. Ejemplo En un muestreo de una zona dada se reportaron dos especies, una de ellas («,) estaba representada por 39 ejemplares y la otra («2) por 42, para un total de 81 individuos. Calcular el índice de diversidad. «, = 39 «2 = 42 N=%\

B = m^-

[ ln 81 ! - ( / „ 39 ! + /„ 42 !) ] = 0.96

Los valores del índice de diversidad ayudan a interpretar la salud del ecosistema, por eso es una buena herramienta de trabajo. Valores menores de 1 representan áreas muy contaminadas; valores entre 1 y 3 son característicos de áreas medianamente contaminadas o sometidas a tensión ambiental, y valores mayores de 3 representan zonas limpias. Los índices bajos indican un número bajo de especies y un número alto de individuos. Este término ecológico es más sensible al número de especies que al de individuos. Redundancia: es una expresión de la dominancia de una o más especies y es inversamente proporcional a la abundancia de las especies. r=

^max-

jj

max

min

88

donde: „ = índice de redundancia; dmax = (l/«) ^nn\-S\n 4aáa =

(«A)!];

a/n)[lnn\-ln[n-(S-í)]\l

Los índices de diversidad de Brillovin y de redundancia, basados en la teoría de la información, son independientes del tamaño de la muestra, problema fundamental que presenta el índice de Margalef. Wilhm y Dorris (1968) computaron varios índices de diversidad, basados en la teoría de la información, para comunidades que estaban por debajo y por encima de los puntos donde se introducen tipos diferentes de contaminantes en aguas dulces y marinas, y se encontró que la diversidad de las comunidades decrece primeramente por debajo de los puntos de introducción de desechos y después, con el tiempo y la distancia de flujo, retorna nuevamente a los niveles típicos para las aguas particulares. Equidad de Pielov (1966) En conjunto con el índice de diversidad, indica cómo están distribuidas las especies.

/ = -£-

J

InS'

donde: / = índice de equitatividad; H = índice de diversidad; S = número de especies. Ambos índices ayudan a clasificar el estado del medio, y Presión y Presten (1975) proponen una tabla de pronostibilidad para esto (Tab. 4.2).

89

Tabla 4.2 Hipótesis de pronostibilidad (Preston y Preston, 1975) ÍNDICE

CUANTITATIVO

Diversidad

Alta

Baja

Baja

Equitatividad

Alta

Alta

Baja

Sometido a stress o temporalmente pronosticable

Stress no pronosticable

Estado ambiental Constantemente favorable

Coeficiente de dispersión: es una expresión de la distribución en parches de la fauna del fondo. Valores semejantes a 1 indican una distribución casual. Si es significativamente mayor a 1 indica que entre los organismos hay tendencia a la agregación. Este coeficiente presenta valores menores cuando el sistema es inmaduro.

CDJIZK X

X (n - 1)

donde: CD = coeficiente de dispersión; X = número de individuos por muestra; X = número medio de individuos en cinco muestras de una estación; n = número de muestras. índice de comparación de secuencia: fue establecido por Cains y Dickson (1971) utilizando el criterio de diversidad intuitiva, y no se requiere el conocimiento histórico de la zona que se procederá a estudiar. índices biológicos o indicadores de la contaminación: cuando se habla de los indicadores de la contaminación y específicamente de índices biológicos, se debe especificar que

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aplicados a los estudios de la contaminación no deben H nominarse indicadores biológicos de la contaminación, ino simplemente indicadores biológicos, yaque estos son un medio útil para estudios ecológicos y de contaminación. Cuando las aguas son clasificadas según sus usos de benef cío cuando el conocimiento de las características de la calidad del agua se hace necesario, y cuando las comunidades biológicas son conocidas, los indicadores biológicos son muy útiles para evaluar la salud del medio. Según Haovkes (1962), antes de utilizar los índices biológicos se debe conocer los tipos de cambios que ocurren en las comunidades acuáticas cuando se les añade cualquier tipo de contaminante a los ríos, lagos y estuarios, y no antes, por lo cual deben estudiarse las comunidades biológicas y la calidad fisicoquímica del medio en conjunto, para lograr así una comprensión mejor de qué es lo que sucede en el ecosistema. Organismos indicadores: son los que brindan información por su presencia, ausencia o abundancia sobre el medio, en este caso sobre la contaminación del medio. El criterio de encontrar organismos que sirvan como indicadores biológicos surge de la necesidad de estructurar métodos rápidos que permitan su uso en el conocimiento del medio ambiente y como instrumentos en la administración ambiental. Se considera que estos indicadores brindan una información de más fuerza que los indicadores fisicoquímicos del agua, ya que esta se encuentra en movimiento constante y donde hubo contaminación puede que en el momento del muestreo no la haya, pero los organismos vivos o muertos, así como los sedimentos, actúan como un libro donde se registran todos los factores que afectan al medio. Por esta razón, los indicadores biológicos se han utilizado para: a) detección de contaminantes; b) estimación de efectos regionales o globales (aunque ambos están ligados estrechamente entre sí). Warren (1971) plantea que hay innumerables razones para aceptar la idea de que los cambios a través del tiempo y

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espacio en la distribución y abundancia de especies en pare cular y en la composición de las comunidades son causado por cambios ambientales persistentes y que estos cambio biológicos pueden ser utilizados como indicadores de trans formaciones ambientales, aunque reafirma la tesis de qUe deben ser utilizados los indicadores biológicos y fisicoqwmi eos en conjunto para dar una visión mas realista de la situación en los ecosistemas. Los indicadores como los de diversidad presentan un solo problema: que cuando se muestrea bentos plancton u otro que se estudie como comunidad, no representa realmente el concepto de comunidad, pues en este caso se obvian las bacterias, los hongos y los protozoos que forman parte de esta. 4.3 Flujos de energía en la naturaleza

En la suposición de que los organismos adaptados al medio estén presentes en un área dada de la biosfera, su cantidad y proporción dependen a la larga de la proporción en que fluye la energía a través de la parte biológica del sistema y de la proporción en la cual circulan los materiales dentro de este y son intercambiados con los sistemas adyacentes. Es importante insistir en que los materiales que no rinden energía circulan, pero esta no. El nitrógeno, el carbono, el agua, y otros materiales de los cuales están compuestos los organismos vivos, pueden circular muchas veces entre entidades vivientes y muertas, es decir, cualquier átomo dado del material puede ser usado repetidas veces. Por el contrario, la energía es usada sólo una vez por un organismo o población dados, convertida en calor y eliminada rápidamente del ecosistema. El flujo de energía en un solo sentido, como fenómeno universal en la naturaleza, es el resultado de la acción de leyes de la dinámica que son conceptos fundamentales de la física. La primera ley establece que la energía puede ser transformada de un tipo en otro, pero nunca es creada o destruida. La

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segunda ley de la termodinámica establece que no se producirá ningún proceso que implique una transformación de energía, a menos que haya una degradación de esta desde una forma concentrada a una forma dispersada, como consecuencia de que alguna cantidad de energía es siempre dispersada en energía calórica no aprovechable. Ninguna transformación espontánea puede ser eficiente. La integración de energía y materiales en el ecosistema es de interés fundamental para el ecólogo. En efecto, puede decirse que el flujo de energía en una dirección y la circulación de los materiales son los dos grandes principios o leyes de la ecología general, ya que estos principios se aplican igualmente a todos los ambientes y a todos los organismos, incluyendo al hombre. La transferencia de energía del alimento desde las plantas, a través de una serie de organismos que lo ingieren es conocida como la cadena de alimentos. En las comunidades naturales complejas, los organismos cuyo alimento es adquirido por las plantas, por el mismo número de pasos, se dice que pertenecen al mismo nivel trófico. Por lo tanto, las plantas verdes ocupan el primer nivel trófico, el nivel productor; los consumidores de plantas (hervíboros), el segundo nivel trófico (consumidor primario); los carnívoros, que comen a los hervíboros, el tercer nivel trófico (consumidores secundarios), y tal vez, un cuarto nivel trófico, los consumidores terciarios o depredadores.

93

5. Bibliografía

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DE LOS AUTORES

Gerardo Suárez Álvarez nació el 1ro. de diciembre de 1942. Realizó estudios preuniversitarios y los continuó en la Universidad de La Habana, donde se gradúo de licenciado en Biología en 1969. Posee la categoría de Investigador Titular. Ha dado clases como profesor en la especialidad de Biología Marina. Ha presentado trabajos científicos en varios congresos nacionales e internacionales. Es miembro de la Asociación Nacional de Inventores y Racionalizadores, donde ha presentado varias innovaciones, y de la Asociación de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente de Cuba. Teresita Romero López nació el 7 de octubre de 1955. Estudió la carrera de Biología Marina en la ciudad de Odesa en la antigua Unión Soviética, graduándose deMáster en Ciencias Biológicas en 1980. Fue profesora de Física en idioma ruso en los laboratorios de idiomas del Ministerio de Transportes y de ahí pasó al Centro de Investigaciones Pesqueras, donde realizó trabajos relacionados con la contaminación marina. En la actualidad trabaja en un proyecto de interés para el país relacionado con el cultivo de microalgas. Ha presentado trabajos científicos en eventos nacionales e internacionales. Es miembro de la Asociación de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente de Cuba, así como de la Asociación Nacional de Inventores y Racionalizadores y otras.

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DE LA ILUSTRADORA DE CUBIERTA

YanirkaLadicani Rodríguez, nació el 3 de julio de 1974, y es estudiante de Tercer año del Instituto Superior de Diseño Industrial. Ha pasado cursos relacionados con las Artes Plásticas, tales como: talla en madera, fotografía, dibujo y cerámica en las Casas de Cultura de Diez de Octubre y Playa, el Taller de Cerámica de Víbora Park y la Quinta de los Molinos. Ha expuesto trabajos de decoración y pintura en Industrias Locales y en el Museo Nacional de Bellas Artes.

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ÍNDICE

I Prefacio / 5 1. Historia de la contaminación / 7 1.1 Antecedentes / 7 I 1.2 La Revolución Industrial / 8 I 1.3 Período actual / 9 • 1.4 Relaciones de contaminación/ 10 < 2. Origen délos contaminantes / 15 I 2.1 Desarrollo y contaminantes / 15 2.2 Aguas residuales domésticas y desechos agrícolas / 19 2.3 Detergentes / 29 2.4 Plaguicidas / 30 2.5 Otros desechos orgánicos / 39 2.6 Desechos inorgánicos / 41 2.7 Petróleo/44 .2.8 Radiaciones / 56 3. Introducción a la ecología medioambiental / 59 3.1 Definición y panorama de la ecología / 59 3.2 El ecosistema. Definición y componentes / 62 3.3 Factores abióticos y complejidad de los sistemas vivientes / 65 3.4 Regulación ecológica / 69 3.5 Sucesión ecológica / 69 3.6 Factores limitantes. Ley de Liebig / 71 3.7 Teoría del enfriamiento / 73 3.8 El peligro de las ventanas en la ozonósfera / 75 3.9 Dialéctica de los procesos ecológicos implicados en la contaminación del medio / 78 4. Evaluación ecológica del med^o ambiente / 81 4.1 Problemas básicos / 81 ' x 4.2 Términos de estudio / 85 1 4.3 Flujos de energía en la naturaleza f 92 5. Bibliografía / 94

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De los autores / 99 De la ilustradora de cubierta / 100

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Este libro ha sido impreso Combinado Poligráfico «Evelio Rodríguez Curbelo» se terminó de imprimir en el mes Octubre del 1995 «Año del Centenario de la caída de José Martí

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EDITORIAL CIENTÍFICD-TÉCNICA

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I interés por salvaguardar el medio ambiente donde nos movemos, trabajamos, alimentamos, y vivimos es cada vez de mayor intensidad, aún más sí conocemos que su contaminación podría traer como consecuencia nuestra propia destrucción. El desarrollo vertiginoso de la industria ha Ireado desechos que durante un tiempo se pensó que se podrían depositar en basureros de tierra o mar y cuya acumulación actual constituye^n serio peligro para el equilibrio ambiental y para la salud del individuo y de la sociedad. Los autores de este libro preten'den que sea utilizado por todos aquellos que tengan interés en comprender aígunós aspectos sobre el medio ambiente. Con una amplia bibliografía, complemento obligado para el especialista presenta ilustraciones y tablas que ayudan a su mejor comprensión y manejo.-Está escrito, además, con un lenguaje ameno que perrhite a! lector no sólo procesar lo que sea de su interés, sino que • encuentre entre sus páginas una lectura amena sobre un tema de importancia capital tanto en el presente como en el futuro. ";