Condiciones ambientales y eutrofización de la Laguna El Pino, Guatemala, con base en variables fisicoquímicas, vegetación acuática y terrestre

Acceso libre | Artículo revisado por pares

Andrea Stefania Solombrino Véliz1, José Vicente Martínez Arévalo^1, *

¹Facultad de Agronomía, Universidad San Carlos de Guatemala (USAC); Campus Central, Ciudad Universitaria, zona 12, Ciudad de Guatemala, Guatemala 01012; teléfono (502) 2418-8000 Ext 1765.

*Autor de correspondencia: josevm2000@yahoo.com, (502) 4047-9229

Cita: Solombrino Véliz, A. S., Martínez Arévalo, J. V. (2021). Condiciones ambientales y eutrofización de la Laguna El Pino, Guatemala, con base en variables fisicoquímicas, vegetación acuática y terrestre.. Revista Mesoamericana de Biodiversidad y Cambio Climático–Yu’am, 5(1): xx

Recibido: 31/03/2021 Aceptado: 27/05/2021 Publicado: 25/06/2021

Resumen

     Los lagos y lagunas son fuente de diversos servicios ecosistémicos, muchos de los cuales actualmente están siendo deteriorados por acción antrópica. Este impacto humano acelera el proceso de eutrofización que puede llevar a la extinción de lagos y lagunas, por lo que es importante buscar una gestión integrada para mitigar este problema. En Guatemala, la eutrofización antrópica se ha acelerado desde 1930 a la fecha. El presente trabajo tuvo como objeto de estudio a la laguna El Pino, la cual se encuentra dentro de un Parque Nacional de Guatemala. Estudios previos realizados en la laguna El Pino ha reportado valores de pH 7.0 a 9.2 upH, temperatura promedio 25.1 a 26.2 °C, oxígeno disuelto 1.4 a 6.2 mg/L, nitratos 0.4 a 4.9 mg/L y fosfatos 0.1 a 0.5 mg/L. Esos estudios también han mostrado que la laguna a reducido su área superficial, principalmente en su parte sur, aproximadamente un 20% en relación a 1954. Además se ha encontrado que las principales fuentes de escorrentía son áreas con actividad agropecuaria, siendo los fosfatos los enriquecedores más importantes del agua. Dicho enriquecimiento en los nutrientes del agua han dando lugar a una sucesión vegetal de plantas acuáticas a terrestres representada al menos por ocho estadios sucesionales. Sin embargo, aún hace falta generar información detallada sobre las características fisicoquímicas de agua y vegetación acuática presente en la laguna. El objetivo del presente estudio fue recopilar información actualizada de los aspectos fisicoquímicos de agua y vegetación acuática y terrestre ribereña, y con ello brindar la información necesaria para tomar medidas de conservación y mitigación. Se identificaron 26 fuentes de contaminación de materiales orgánicos e inorgánicos, siendo el origen en primer lugar domiciliar seguido de actividades agropecuarias. La profundidad promedio de oeste a este es de 4.8 m y de sur a norte de 4.7 m. En el análisis de agua se encontró un pH de 7.5 a 8.6 upH (límite permisible 8.5), conductividad promedio de 70 µS/cm, sólidos totales 12 a 30 mg/L (límite permisible 1000-5000mg/L), DBO 29 a 76 mg/L (límite permisible de 10 a 30 mg/L), DQO de 80 a 110 mg/L (límite permisible de 60 mg/L), nitrógeno total de <0.5 a 0.6 mg/L (límite permisible 0.3-0.7 mg/L) y fósforo total de <0.5 a 0.9 mg/L (0.02 a 0.1 mg/L). Se encontraron 34 especies vegetales (27 herbáceas (nueve acuáticas), cuatro arbustivas y tres arbóreas). Las especies de mayor valor de importancia son: Salvinia minima Baker y Typha domingensis Pers. ambas acuáticas, arbustiva Mimosa pigra L. y arbórea Casuarina equisetifolia L., tanto la diversidad alfa y beta se consideran bajas. La laguna sigue un proceso de contaminación y eutroficación acelerado desde de los estudios de 1984 a la fecha. El principal impacto reciente es el crecimiento poblacional y en segundo lugar actividades agropecuarias, reflejado en los valores de DBO, BQO y fósforo total del agua. Esto justifica un llamado al Instituto Nacional de Bosques para continuar con los esfuerzos interinstitucionales en la coadministración del Parque Nacional Laguna de El Pino que contribuya a la conservación del cuerpo de agua y su biodiversidad.

Palabras claves: análisis químico del agua, fuentes de contaminación, vegetación acuática y terrestre.

Abstract

    Lakes and lagoons are the sources of various ecosystem services, many of which are currently being deteriorated by human action. This human impact accelerates the eutrophication process in lakes and lagoons that can lead to their extinction, so integrated management is important to mitigate this problem. In Guatemala, anthropic eutrophication has accelerated from 1930-1950 to date. In the El Pino lagoon, previous studies have found values of pH 7.0 to 9.2 upH, average temperature 25.1 to 26.2 ° C, dissolved oxygen 1.4 to 6.2 mg / L, nitrates 0.4 to 4.9 mg / L and phosphates 0.1 to 0.5 mg / L. These studies have shown that it is the southern part of the lagoon where the surface area has decreased the most, approximately 20% compared to 1954. It has also been found that the main sources of runoff have been areas with agricultural activity, from which phosphates are the most important enrichment of the water, giving rise to a vegetal succession of aquatic to terrestrial plants represented by at least eight successional stages. This study aimed to generate updated information on the physicochemical aspects of water and aquatic and terrestrial riparian vegetation and thereby provide the necessary information to take conservation and mitigation measures. Twenty-six sources of organic and inorganic materials contamination were identified, being the origin first domicile followed by agricultural activities. The average depth from West to East is 4.8 m and from South to North 4.7 m. In the water analysis a pH of 7.5 to 8.6 upH was found (permissible limit 8.5), average conductivity of 70 µS / cm, total solids 12 to 30 mg / L (permissible limit 1000-5000mg / L), BOD 29 to 76 mg / L (allowable limit 10 to 30 mg / L), COD 80 to 110 mg / L (allowable limit 60 mg / L), total nitrogen <0.5 to 0.6 mg / L (allowable limit 0.3-0.7 mg / L) and total phosphorus <0.5 to 0.9 mg / L (0.02 to 0.1 mg / L). Thirty-four plant species were found (27 herbaceous (nine aquatic), four shrubs, and three arboreal). The species with the highest value importance are Salvinia minima Baker and Typha domingensis Pers. Both aquatic, shrubby Mimosa pigra L. and arboreal Casuarina equisetifolia L.. Both alpha and beta diversity are considered low. The lagoon has been the subject of an accelerated pollution and eutrophication process from 1984 to date. The main recent impact is population growth and secondly agricultural activities, reflected in the values of BOD, BQO and total phosphorus in the water. This justifies a call to the National Forest Institute to continue with inter-institutional efforts in the Laguna de El Pino National Park co-administration that contributes to the conservation of the body of water and its biodiversity.

Keywords: aquatic and terrestrial vegetation, chemical analysis of water, sources of pollution.

Introducción

     Los lagos y lagunas son cuerpos de agua muy importantes en la naturaleza y la vida de las personas, y prestan varios servicios ambientales entre los que se pueden mencionar: fuente de agua para varios usos, balance hidrológico, pesca, alimento, recreación, belleza del entorno, regulación del clima, hábitat de especies nativas y migratorias, biodiversidad, fijación de CO₂ y N₂ por el fitoplancton (Sarmientos et al., 2015).

     Muchas ciudades en el mundo se han establecido alrededor o cerca de los cuerpos de agua, por lo que su contaminación es frecuente. Gran número de lagos y lagunas tienen una alta carga de contaminación y nutrientes lo que acelera el proceso natural de eutrofización. Por esto, es necesaria una gestión que busque mitigar estos problemas en los cuerpos de agua. Actualmente, la gestión de los cuerpos de agua debe articular las políticas nacionales con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (Juárez et al., 2018).

     En Guatemala, la mayor parte de los cuerpos de agua están expuestos a procesos de contaminación y eutrofización, acelerado por las actividades humanas. La alta contaminación del agua en el país pone en riesgo de extinción los ecosistemas acuáticos. En el país existen aproximadamente 30 lagos y lagunas, sin contar las lagunetas. Entre los lagos y lagunas más conocidos de Guatemala están: Amatitlán, Atitlán, Ayarza, Calderas, Chichój, Güija, Chicabal, Ipala, Izabal, Ixpaco, Lachuá, Lemoa, El Pino y Petén Itzá, (Castañeda, 1995; Dix y Fernández, 2001). Otros como Kaminaljuyú y El Naranjo, que existieron en el valle de la Ermita, ya han desaparecido por procesos de eutrofización y por drenado (Castañeda, 1995).

     La   eutrofización, que consistente en el enriquecimiento de las aguas con nutrientes como nitratos y fosfatos, es un proceso natural que la actividad humana está acelerando en todo el mundo (Boyd, 2019). En su mayoría los nutrientes y contaminantes provenientes de un inadecuado manejo en la agricultura, de aguas servidas y por la erosión del suelo. El aumento de nutrientes provoca aumento en la velocidad de reproducción del fitoplancton y plantas acuáticas, que trae consigo el crecimiento acelerado de los organismos que componen las cadenas tróficas acuáticas, con el consiguiente aumento de material orgánico. Dicho exceso da paso a la disminución de la profundidad de los cuerpos de agua y favorece que las plantas acuáticas y semiacuáticas ocupen esos espacios, que posteriormente se vuelven fangos y finalmente suelo. Con base en el estado de eutroficación producido por el cambio fisicoquímico del agua, aumento de la producción fotosintética y turbidez, entre otras, los cuerpos de agua pueden clasificarse en Oligotróficos, Mesotróficos, Eutróficos e Hipereutrófico, mencionados de menor a mayor según su estado de avance en la eutrofización, esta clasificación es muy importante para la gestión de los mismos (Moreno et al., 2010).

     En varios lagos de Guatemala se ha demostrado la reciente aceleración del proceso de eutrofización por la acción humana (e.g., aumento de asentamientos humanos en sus alrededores, actividades industriales, deforestación, erosión y vertido de contaminantes). Por ejemplo, Rosenmeier et al. (2004) indican el incremento en la sedimentación en el lago Petén Itzá a partir del año 1930. En la laguna de Chichój, Alta Verapaz, la sedimentación se ha acelerado desde la segunda mitad del siglo XX, en especial a partir del año 1970 por causa de actividades industriales (Brocard et al. 2016). En el lago de Izabal, Obrist-Farner et al. (2019) indican que el proceso de eutrofización se ha acelerado desde el año 1950.

     En Guatemala, se han realizado algunos estudios de las características fisicoquímicas de cuerpos de agua, entre los cuales se pueden mencionar estudios en la laguna de Lemoa (De León, 2013), los lagos de Izabal (Aguirre et al. 2016), en el lago Atitlán (Ochaeta, 2014) y en el lago Amatitlán (Cabrera, 2011). En todos los casos, se coincide en que hay variaciones del pH (6-8upH), temperatura (23-28 °C), nitratos (0.05-0.2 mg/L) y fosfatos (0.04-0.6 mg/L) y un alto deterioro del cuerpo de agua, expresado por la cantidad de sólidos totales en suspensión (10-281 mg/L), demanda biológica de oxígeno (25-28 mgO₂/L) y demanda química de oxígeno (20-84 mgO₂/L), que varían dependiendo de la época del año y de actividad agrícola, minera, turística y áreas de poblaciones humanas.

     En el presente estudio el objeto de investigación es la laguna El Pino, la cual se encuentra dentro de un área protegida en la categoría de Parque Nacional desde el año 1955. Entre los estudios previos relacionados, cabe mencionar a Valenzuela (1982), que realizó una caracterización ecológica de la cuenca en que se encuentra la laguna y concluye que las áreas con especies perennes, como el cultivo del café y forestal, protegen la cuenca. Pero a la vez, menciona que producto de la actividad agrícola la presencia de vertederos de pulpa de café con bajos niveles de nitritos y amoniaco y cantidades altas de silicatos y fosfatos contribuye a la eutrofización y proliferación de plantas acuáticas.

     Rivera (1984) desarrolló una investigación sobre la eutrofización y su influencia en la sucesión secundaria de las orillas de la laguna de El Pino. En dicha investigación se reportan concentraciones promedio en agua de nitratos de 0.2 mg/L y fosfatos de 0.5 mg/L. Con base en los límites permisibles que el autor reporta, se indica que la concentración de nitratos se encontraba por debajo del valor límite de 0.3 mg/L y la concentración de fosfatos fue superior al límite de 0.01 mg/L. Rivera (1984) menciona como fuentes principales de contaminación a la escorrentía de las áreas de cultivo de maíz y café, con mayor afluencia en la parte sur de la laguna. En ese mismo estudio el proceso de eutrofización acelerado se relaciona directamente con la continua disminución del área de la laguna; en 1954 se estimó que la laguna tenía un área de 72.5 ha y ha perdió alrededor de un 20% de su área para el año 1973. Además, el autor identificó la sucesión ecológica del lugar con ocho etapas serales de la parte acuática a la terrestre que son fitoplancton, Elodea, Eichornia, Elocharis, Typha, Hypharhenia, Mimosa y Salix (Rivera, 1984). Otros estudios más recientes, como Calderón y Pinto (1994) y Duarte (2014), evaluaron los parámetros físicos y químicos en la laguna de El Pino, donde reportan que los valores encontrados son: pH 7.0 a 9.2 upH, temperatura promedio 25.1 a 26.2 °C, oxígeno disuelto 1.4 a 6.2 mg/L, nitratos 0.4 a 4.9 mg/L y fosfatos 0.1 a 0.5 mg/L, dependiendo de la profundidad y de la época del año.

     A pesar de haberse generado información ambiental previa para la laguna de El Pino, los resultados de esos estudios, en su mayoría aún no publicados   en   revistas   científicas, se encuentran desactualizados.   Se cree que el proceso de eutrofización antrópico de la laguna continúa acelerado, por fuentes de aguas servidas provenientes de viviendas y por escorrentía de la producción agropecuaria en el área, por lo que la generación de nueva información sobre le estado de la laguna es necesaria para tomar medidas de conservación y mitigación en el área. Este estudio presenta una evaluación sobre los aspectos fisicoquímicos del agua, la vegetación acuática y terrestre ribereña de la laguna de El Pino, con el objetivo de brindar información actualizada de su estado y facilitar la toma de decisiones con relación a su conservación y manejo.

Metodología

Área de estudio

     Esta investigación se realizó dentro del Parque Nacional Laguna de El Pino (Acuerdo Gubernativo 26-05-55, Palacio Nacional, 1995), ubicado en los municipios de Barberena y Santa Cruz Naranjo, del departamento de Santa Rosa (14°20’35.2” N y 90° 23’48.6” O), a 1016 m s.n.m. (Valenzuela 1982; Quijivix, 2002; Fig. 1).

Actualización del mapa del área de estudio

      En primer lugar, se actualizó el mapa del área de estudio, para lo cual se elaboró un polígono de sus límites en Google Earth Pro y luego se exportó la fotografía (fecha septiembre 2019) correspondiente al polígono a ArcGIS 10.3, donde fue trabajado el mapa. Posteriormente, se verificaron los límites del parque por medio de un levantamiento topográfico en campo. El levantamiento topográfico se hizo recorriendo a pie los límites del parque para georreferenciar los mojones del área.

     Una vez delimitada el área, se identificaron visualmente los puntos de contaminación de la laguna. Cada fuente de contaminación identificada durante las caminatas fue georreferenciada y clasificada según (a) su naturaleza (desechos orgánicos, sedimentos, desechos inorgánicos) y (b) su origen (desagües, verederos de desechos sólidos alrededor de la laguna, aguas residuales de actividades agrícolas y pecuarias). Las coordenadas se ingresaron al mapa temático del área (Fig. 1).

Estudio del cuerpo de agua

1. Medición de la profundidad de la Las mediciones de profundidad se realizaron durante la época lluviosa por medio de una cuerda de 20 m de longitud (marcada a cada 0.5 m) con una plomada topográfica en su extremo. Se realizaron 2 recorridos, uno en dirección sur-norte (32 medidas) y oeste-este (21 medidas). Se estimó la profundidad a cada 50 m de distancia (Fig. 1).
2. Muestras de Se realizó un muestreo preferencial del agua, de ocho muestras a orillas de la laguna y una en el centro de ésta. Cada muestra se tomó a una profundidad de 0.3 m (Fig. 1). Las muestras se obtuvieron por medio de recipientes plásticos con capacidad de 1 galón, previamente desinfectados con alcohol al 99 %. Se identificaron con número, fecha y hora del muestreo, se conservaron en una hielera, manteniendo una temperatura de 4°C, las cuales se entregaron 4 horas después al laboratorio para su análisis.
3. Análisis de agua.  Las muestras de agua fueron trasladas al laboratorio de Análisis Fisicoquímicos   y   Microbiológicos de la Facultad de Ciencias Química y Farmacia, de la Universidad de San Carlos de Guatemala, donde se hicieron los análisis de aguas residuales, con base en los parámetros indicados en el Acuerdo Gubernativo No. 236- 2006, Reglamento de las Descargas y Reúso de Aguas Residuales y la Disposición de Se realizaron las siguientes mediciones a todas las muestras: pH (upH), conductividad (mS/ cm) para explicar la cantidad de electrolitos en el agua, sólidos sedimentables (ml/L), sólidos en suspensión (mg/L), sólidos totales (mg/L), Disponibilidad Biológica de Oxígeno DBO (mg/L), Disponibilidad Química de Oxígeno DQO (mg/L), nitrógeno total (mg/L, el cual está compuesto por nitrógeno amoniacal más nitrógeno orgánico que a su vez está constituido por nitrato, nitritos y amonio; Sardiñas y Pérez, 2004), fósforo total (mg/L, incluyendo a los ortofosfatos, polifosfatos; pirofosfatos, tripolifosfatos y metafosfatos, y fosfatos orgánicos; Severiche et al., 2013)), aceites y grasas (mg/L) y color (Pt-Co).

Estudio de la vegetación acuática y terrestre

1. Muestreo: Se estudió la vegetación acuática y terrestre (acuaterrestre) en la parte de ecotono por medio de 11 transectos de 2 m de ancho (Fig. 1), con longitud variable de acuerdo al largo de la transición suelo-agua (como criterio se midió hasta donde se veían plantas flotantes). Los transectos fueron ubicados de manera preferencial a lo largo del límite del parque y se trabajaron en la época lluviosa, esta información se comparó con la encontrada por Rivera (1984) en los estadios sucesionales mencionados en la introducción.
2. Determinación  botánica:   Las muestras de herbario se identificaron con número de espécimen, ubicación por GPS, fecha, lugar de colecta (agua, pantano, tierra firme) y descripción del espécimen. Fueron herborizadas y determinadas botánicamente en el herbario BIGUA de la Escuela de Biología, de la Universidad de San Carlos de Guatemala, con el uso de claves taxonómica de la Flora de Guatemala y Flora de Mesoamérica, además de comparaciones con las bases botánicas en línea de Trópicos (Tropicos.org) The Plant List (Theplantlist.org) y Catalogue of Life (Catalogueoflife.org).
   • Índice de Valor de Importancia (IVI) de Cottam (rango de valores <1 a 300), Se siguió la metodología propuesta por Matteucci y Colma (1982).
   • Análisis de la vegetación: Se estimó la densidad, cobertura y frecuencia de la vegetación. Esta información fue tabulada en una hoja Excel, a partir de la cual se realizaron estimaciones del índice de valor de importancia y del índice de diversidad biológica: Índices de diversidad biológica. Se calculó la diversidad alfa por medio del índice de Shannon-Weaver (rango 0.5 a 5, valores inferiores a 2 se consideran bajos en diversidad y superiores a 3 altos), usando los valores de densidad de especies y utilizando el programa Palaeontological Statistics (PAST) versión 1.89 de versión libre. También se calculó el índice de equidad de Pielou (rango 0 a 1), siguiendo el procedimiento propuesto en Moreno (2001) y cálculo de número efectivo de especies (Jost, 2018). El índice de diversidad beta se realizó con los datos cuantitativos de densidad con el uso del procedimiento de distancia euclidiana (mientras mayor el número más similitud) y para datos cualitativos de presencia-ausencia, se utilizó el índice de Sorensen (rango 0 a 1, valores mayores a 0.7 alta diversidad; Moreno, 2001).

Resultados

     La Figura 1 muestra la ubicación geográfica de la laguna de El Pino y en ella se señala, a) localización de los focos de contaminación, b) lugar donde se efectuaron los transectos para estudio de vegetación, c) puntos donde se midió la profundidad de la laguna y d) puntos de muestreo de agua.

     Se identificaron 26 fuentes de contaminación, que fueron clasificadas en: a) 14 de desechos orgánicos donde se incluyen desagües, principalmente residuos domésticos, desechos de producción agrícola, avícola y ganadera; b) 10 de compuestos orgánicos que incluye desechos sólidos en orillas y el cuerpo de agua; c) una de sedimentos y materiales suspendidos, relacionado con agua pestilente y d) una de nutrientes vegetales inorgánicos, que incluye agua proveniente de actividades agropecuarias (cultivo de café y ganado vacuno) con carga de pesticidas y fertilizantes en forma líquida.

Figura 1. Mapa de ubicación de la laguna de El Pino, con indicación de los puntos donde se realizaron los muestreos. Fuente: elaboración propia en base a Google Earth.

    En cuanto a la profundidad actual, las mediciones realizadas en el tramo de oeste a este, hay una longitud de 909.1 m, indican una profundidad máxima de 7 m, y promedio de 4.8 m. En el tramo de sur a norte, con una longitud de 1,554 m, la profundidad máxima fue de 7.1 m y la profundidad promedio de 4.7 m.

     Los resultados del análisis químico del agua (Cuadro 1), realizados en ocho puntos de muestreo, muestran que el pH está en un rango de 7.5 a 8.6 upH. De todos los puntos de muestreo, únicamente el punto de muestreo seis sobrepasar el límite permisible en agua que es de 8.5 upH. Con relación a la conductividad del agua, los valores encontrados corresponden a aguas ligeramente duras al alrededor de 70 µS/cm, a excepción del sitio tres con un valor de 40.4 µS/cm, no se encontraron valores de referencia para Guatemala que puedan usarse de referencia. Los valores encontrados de sólidos sedimentables son menores de 1 ml/L, pero no se tiene una norma internacional y tampoco se encontró referencia para Guatemala.

     Los sólidos en suspensión tienen valores de 0 a 12 mg/L, los cuales son relativamente bajos y debajo de los límites permisibles, incluso en cuatro puntos muestreo se reporta como no detectables en el análisis químico. En relación a los sólidos totales, las cantidades se encuentran muy debajo de los límites permisibles (1000- 5000mg/L) en valores que varían de 12 a 30 mg/L. En tanto que la DBO tiene valores en un rango de 29 a 76 mg/L, donde todos, a excepción de un punto de muestreo, están por arriba del límite permisible que es de 10 a 30 mg/L. La DQO presentó valores de 80 a 110 mg/L que está por arriba del límite permisible de 60 mg/L, con lo que se puede indicar que la calidad de agua es baja en general. Los valores obtenidos de nitrógeno total (<0.5 a 0.6 mg/L) se consideran por abajo del límite permisible (0.3-0.7 mg/L). Mientras que los valores de fósforo total varían de <0.5 a 0.9 mg/L, con valores por encima de los límites permisibles (0.02 a 0.1 mg/L). En el caso de aceites y grasas los valores son de 12 a 38 mg/L, los tres puntos de muestreo hacia el lado norte presentan valores bajos e inferiores al límite permisible que es de 10 mg/L, contrario a otros cinco puntos de muestreo están por arriba de ese límite. Las mediciones del color del cuerpo de agua presentaron valores de 1 a 15 Pt-Co, uno de los puntos de muestreo está en el límite máximo y uno por arriba del límite permisible que es de 5 a 10 Pt-Co y lo demás en valores de 1 a 2 Pt-Co.

     Los resultados del estudio de la vegetación se presentan en el Cuadro 2. Se obtuvieron 34 especies, de ellas 27 especies de herbáceas (nueve especies acuáticas), cuatro arbustivas y tres arbóreas, cabe mencionar que en este estudio no se tomó en cuenta al fitoplancton. En valor de importancia de Cottam para el estrato herbáceo varia de 86.5 a 1.8, las especies acuáticas Salvinia minima Baker y Typha domingensis Pers. que tuvieron los valores más altos (86.5 y 50.6 respectivamente); en el estrato arbustivo los valores varían de 279.9 a 8.9, en este caso Mimosa pigra L. es la que tiene el valor más alto; y en el estrato arbóreo el rango es de 131.4 a 66, y es Casuarina equisetifolia L. que obtuvo el mayor valor.

     Los valores de diversidad alfa en cada transecto se presentan en el Cuadro 3. En general, se observó un máximo ocho especies, el valor del índice de Shannon-Weaver y el de equitatividad se consideran bajos. El número efectivo de especies varía de uno a cuatro, a excepción de un transecto donde es seis. En los cuadros 4 y 5 se presentan los resultados de la diversidad beta calculados para valores cuantitativos (mayor similitud valor de 0) y cualitativos (mayor valor de similitud valor de 1) respectivamente, en ellos se observa que hay baja similitud entre los transectos (valores de 538 a 3668 y 0.1 a 0.6 respectivamente).

Cuadro 1. Análisis químico del agua de la laguna de El Pino.

LMP: Límite permisible; Superíndice indica la fuente: * Environmental Protection Agency 1986, **Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, Guatemala 2011 y Pérez 2007, ***Pérez 2007, ****Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, Guatemala 2011 y *****Pérez et al. 2003.

DBO = Demanda bioquímica de oxígeno; DQO = Demanda química de oxígeno; N.D. = No determinado. Celdas resaltadas en gris tienen valores por arriba de lo límites permisibles.

Cuadro 2. Especies vegetales encontradas en transectas en laguna El Pino, ordenadas por estrato y valor de importancia de Cottam.

Cuadro 3. Diversidad alfa por medio de los índices de Shannon-Weaver, Equitatividad de Pielou y número efectivo de especies de transectas de vegetación en laguna El Pino.

Discusión

     Los resultados de este estudio muestran un avance en el deterioro de la laguna de El Pino, señalado en estudios anteriores (Rivera, 1984; Duarte, 2016). Actualmente, el factor que más contribuyen al deterioro de la laguna es el aumento de la población humana alrededor de la laguna. Para el áno 2002 se reportaron 7,776 habitantes, pertenecientes a tres aldeas y dos fincas, que tienen influencia directa en la laguna (Quijivix, 2002). De acuerdo con el censo nacional del año 2018, en Barberena (lugar a donde pertenece la mayoría de habitantes alrededor de la laguna) hay una población total de 58,276 personas (INE, 2018) y en el censo del 2002 había una población de 38,912 (INE, 2002), mostrando un aumento de la población del área en 16 años. Esto indirectamente verifica el crecimiento de asentamientos humanos alrededor de la laguna. En su mayoría de habitantes alrededor de la laguna viven en áreas no urbanizadas que tienen deficiencia en el servicio de agua potable, carecen de drenajes y alcantarillado, lo que provoca el aumento de fuentes de contaminación de aguas servidas que corren en la superficie del suelo o llegan a la laguna en tuberías directas. La segunda fuente de contaminación es la escorrentía de las tierras con actividades agropecuarias, que era considerada la principal fuente de contaminación en la década de los 80s (Valenzuela, 1982; Rivera, 1984). Ahora hay que sumar el cultivo de hortalizas y el cultivo de grama.

     De los 26 puntos de contaminación identificados, 14 son de desechos orgánicos y 10 de compuestos orgánicos. Los primeros referidos principalmente a aguas provenientes de desagües domiciliares, aguas con desechos de aves y ganado bovino, las segundas son principalmente desechos sólidos y sustancias asociadas como grasas y combustibles en la orilla y en el cuerpo del agua, con base en la clasificación de Reyes (2009). En su mayoría provienen de las viviendas alrededor y de la agricultura.

     Los contaminantes que llegan a la laguna compiten por oxígeno, de ahí los valores de DBO y DQO que en su mayoría están por arriba de los valores permisibles, esto correlaciona directamente con la ubicación de la mayoría de los puntos de contaminación que están en la porción de sur hacia el nor-oeste de la laguna (Fig. 1).

     Aunque hay un sólo punto denominado como fuente de fertilizantes y desechos de agricultura, cabe indicar que en la parte alta de la cuenca existen otras fuentes de la misma naturaleza que al final se unen al llegar a la laguna; esto sumado a los compuestos de nitrógeno y fósforo contenidos en las aguas de desagües son los que más contribuyen en el proceso de eutrofización, situación a la que debe ponerse principal atención en futuros estudios.

     De acuerdo con el análisis de aguas, los niveles de nitrógeno total están en el margen permisible, mientras que los niveles de fósforo total (<0.5 a 0.9 mg/L) se encuentra por arriba del límite permisible (0.02 a 0.1 mg/L). Esto está acorde a lo encontrado en estudios previos (Valenzuela, 1982, Rivera, 1984), y es contrario a lo reportado en el lago de Amatitlán por Cabrera (2011) donde los principales contaminantes son los nitratos debido al crecimiento excesivo de poblaciones de Cianobacterias que fijan el N₂ biológicamente. Lo anterior indica que los fosfatos son la mayor fuente de carga nutritiva a la laguna producto de las actividades agropecuarias especialmente en el lado sur, lo cual ya había sido encontrado por Valenzuela (1982). A los   contaminantes   derivados   de la actividad agrícola debe agregarse un considerable contenido de detergentes producto de los desechos líquidos domiciliares que ha aumentado recientemente en lado norte de la laguna.

     El enriquecimiento nutritivo de las aguas por el fósforo total explica la alta concentración de vegetación acuática flotante y arraigada (e.g., Salvinia minima Baker y Egeria densa Planchon) en las orillas de la laguna. Estas especies de plantas se reproducen aceleradamente y favorecen la extensión de las áreas pantanosas, por su contribución en materia orgánica producto de sus plantas muertas (Rivera, 1984).

     La especie acuática S. minima es la más común en la laguna, presenta el mayor valor de importancia de Cottam, que significa un mayor valor de ocupación de nicho ecológico que las otras especies. S. minima es un helecho acuático, originario de Centro y Sur América (Tipping et al., 2012), que se reproduce fácilmente en aguas poco profundas, por medio de sus rizomas, estolones y separación de plantas (Jacono et al., 2001). Aunque ha estado presente por muchos años en esta laguna, E. densa (sinonimia Elodea densa) se encontró únicamente en tres puntos de muestreo, ubicados cerca de las casas de campo (chalés). En esa parte de la laguna hay una constante extracción de plantas de E. densa; sin embargo, el control mecánico no es suficiente para controlar la dispersión de la especie, ya que fácilmente se propaga por fragmentos del tallo mediante raíces adventicias (Pulgar y Izco, 2005). Es importante hacer notar que en este estudio se actualiza el nombre de esta especie de acuerdo con la actual clasificación botánica, pues Elodea ahora pertenece al género Egeria. Dicha especie es considerada especie invasora originaria de Brasil, Argentina y Uruguay (Íñigo y Izco, 2005; Yarrow et al., 2009).

     Adicional a las dos especies anteriores, se encontraron otras siete especies de plantas acuáticas que contribuyen   con   el   proceso de eutrofización, de ellas se mencionan las cuatro que tienen mayor valor de importancia: Typha domingensis Pers. enraíza en las orillas, contribuyendo a la transición entre lodos y suelo, Hymenachne amplexicaulis (Rudge) Nees forma mantos densos en bajas profundidades favoreciendo las formaciones pantanosas, Eleocharis interstincta (Vanl) Roem. y Schult. se enraíza en las áreas de poca profundidad y Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, crece flotante. Todas las especies anteriormente mencionadas son reportadas como especies de origen americano.

      En su estudio, Duarte (2014) indica la presencia de Hydrilla verticillata (L.f.) Royle en la laguna de El Pino; sin embargo, la especie no fue reportada por Rivera (1984), ni observada en el área en el presente estudio. Es posible que la discrepancia se deba a un error en la identificación de la especie, confundiéndola con Egeria densa, que en Rivera (1984) fue reportada como Elodea canadensis.

     De manera visual, el proceso de sucesión vegetal en la laguna muestra tres aspectos principales, (1) las plantas acuáticas flotantes y arraigadas, (2) la vegetación del suelo de interfase agua y suelo firme generalmente herbácea y arbustiva, y (3) la porción de suelo firme con vegetación arbórea donde se encuentran tres a cuatro especies y porciones de reforestación con especies introducidas. Esta tendencia sucesional ya fue señalada por Rivera (1984) que reconoció ocho estadios sucesionales.

     El estrato arbustivo está dominado por Mimosa pigra L. acompañado de varias especies herbáceas, esta especie ha mantenido su dominancia desde hace muchos años debido a sus características de invasora, está reportada entre las 100 especies más invasoras del mundo (García-Lahera, 2017), no permite el aumento de las poblaciones de otras especies por lo que el estadio sucesional arbustivo que forma puede continuar por varios años. La especie arbórea Salix alba L. reportada por Rivera (1984), no fue encontrada en los transectos estudiados. Este autor reconoce la presencia de S. alba como un estado sucesional pero de manera cualitativa pues la encontró de forma dispersa. En las visitas de campo se notó algunos árboles de la especie, de manera dispersa pero los lugares donde se ubicaron los transectos no coincidieron son su presencia. Las condiciones para la sucesión secundaria no han permitido el establecimiento de un estrato arbóreo natural, lo que aquí se reporta son porciones de reforestaciones con especies introducidas realizadas en los años 60s del siglo XX (Rivera, 1984), por lo que el panorama es muy parecido a una plantación más que un bosque natural.

     La diversidad alfa y beta estimada para la vegetación presenta valores bajos. En el caso de diversidad alfa, es decir dentro de los transectos estudiados (0.2 a 1.7 con el índice de Shannon y Weaver) y en el caso de diversidad beta, que representa la diversidad entre los transectos (0.1 a 0.6 con el índice de similitud de Jaccard). En ambos casos, esto se debe a la dominancia de pocas especies. En la parte acuática, la constante extracción de las plantas para el control las poblaciones vegetales, en cierto grado ha favorecido la dominancia de unas pocas especies como Salvinia minima, Typha domingensis, Hymenachne amplexicaulis, Eleocharis intersticta, Eichhornia crassipes y Egeria densa. La baja diversidad también se expresa en la parte de suelo junto a la porción pantanosa, donde Mimosa pigra es la dominante. Y en la parte arbórea de igual forma son tres especies las dominantes.

     Para fines de conservación de la laguna lo ideal es disminuir las poblaciones de plantas acuáticas y favorecer el desarrollo de la sucesión vegetal en las orillas con tierra firme, lo cual requiere un plan, a largo plazo, de restauración integral terrestre y acuática de las orillas de la laguna.

     Con respecto al área del cuerpo de agua, en 1954 se estimó en 72.5 ha y para 2019 (Fig. 1) en 63.9 ha, que muestra una disminución aproximada de 12%, aunque debe considerarse que esta estimación corresponde al mes de septiembre, por ser calculada con Google Earth, en esas fechas hay áreas de la parte sur que se inundan dando la lectura de cuerpo de agua, por lo tanto, en época seca el área efectiva disminuye.

     En 1984, la profundidad de la laguna se calculó entre 3.8 a 6 m. Mientras que en este estudio se estableció en el tramo este-oeste de 4.8 m y un máximo de 7 m, y en el tramo norte- sur de 4.7 m y un máximo de 7.1 m. Otros datos de profundidad de la laguna proporcionados por INSIVUMEH (1985), Sunum (2014) y CONAP (2013), indican valores cercanos a los obtenidos en este estudio, aunque también se debe considerar la época del año en que se realizaron. Lo anterior indica que la profundidad de la laguna ha variado a través de los años, que puede considerarse no extrema y depende de la estación lluviosa. Por el contrario, el área total de la laguna ha disminuido debido a la vegetación acuática presente, que invade las orillas y facilita la formación de la fase pantanosa para luego pasar a convertirse en suelo firme, especialmente en la parte sur de la laguna.

     Según los resultados obtenidos en este estudio, puede decirse que la laguna se encuentra en estado Mesotrófico, donde la eutrofización que se presenta tiene algunas particularidades respecto a otros cuerpos de agua. Primero, no tiene un río superficial que alimente la entrada de agua, con lo cual no hay entrada directa de sólidos totales, las cantidades de sólidos encontrados en el análisis de agua corresponden a los focos de contaminación de desechos líquidos. En segundo lugar, tal vez por ser un área protegida en la categoría de Parque Nacional desde 1955, el deterioro de la laguna ha sido menos acelerado de lo esperado, según proyecciones hechas por Valenzuela (1984). Los resultados indican que el ritmo de deterioro ha sido relativamente constante en relación a las actividades agropecuarias; sin embargo, el crecimiento poblacional en sus alrededores es el factor más reciente que puede tener efectos nocivos acelerados en los próximos años, sino se toman las medidas de manejo adecuadas.

     Las medidas para la conservación de la laguna de El Pino en el pasado no han sido las ideales, pero en los últimos años se ha puesto mayor atención su protección, debido al potencial turístico del área. El área de la laguna de El Pino, por su categoría de conservación, debe tener un manejo especial. Sunun (2014) presentó una propuesta de aplicación del método de valoración contingente para la valoración económica del uso recreativo de la laguna, que puede considerarse como una posible opción, sumada a las medidas de manejo que ya están en marcha.

Cuadro 4. Matriz de distancias euclidiana de similitud con datos cuantitativos, que representa la diversidad beta de transectas de vegetación en la laguna El Pino.

*: Las más similares; ++: Las más disímiles.

Cuadro 5. Matriz de similitud de Jaccard con datos cualitativos, que representa al diversidad beta entre transectos de vegetación en la laguna El Pino.

*: Las más similares; ++: Las más disímiles.

     La administración del Parque Nacional de la laguna de El Pino pertenecer a dos municipios, situación que debilita la gobernanza del área y, por esto, el Instituto Nacional de Bosques (INAB) quien es el actual administrador, debe jugar un papel importante como mediador entre ambas municipalidades y continuar fortaleciendo la participación comunitaria en la coadministración del área. En ese sentido, un plan de ordenamiento territorial del área es crucial, para poder establecer las medidas sanitarias necesarias para el manejo de las aguas provenientes de desagües domiciliares, que contribuyan a mejorar la calidad del agua de la laguna. Así como mitigar la contaminación proveniente de las zonas agropecuarias, que son el foco importante de fósforo total y, a su vez, es la fuente principal actual de eutrofización. Además, las actividades contribuyen históricamente con la erosión de suelo que ha provocado la pérdida del cuerpo de agua en la parte sur (Valenzuela, 1982; Rivera 1984).

     Respecto al control en la densidad y cobertura de la vegetación acuática, es importante continuar con el control mecánico de las especies invasoras, que aunque no llega a erradicarlas tienen un efecto importante en disminuir su densidad, lo que ayuda a reducir la formación de fangos. Es importante buscar un uso de los desechos orgánicos provenientes de las plantas acuáticas que se extraigan, por ejemplo, en la producción de abono, de tal forma de desarrollar una fuente de ingresos que estimule su control mecánico.

Implicaciones para el manejo

     Los resultados obtenidos de este estudio brindan información actualizada sobre el estado ambiental de la laguna El Pino, que se espera puedan ser utilizados para guiar la toma de decisiones sobre el manejo integrado que debe realizarse en la laguna. La laguna El Pino, por ser un Parque Nacional, requiere como área protegida de información detallada sobre su estado de conservación para que el Instituto Nacional de Bosques (INAB), en conjunto con las municipalidades y comunidades locales, pueda planificar y tomar medidas de manejo y conservación que contribuyan a mantener este recurso natural para bien de la nación.

Agradecimientos

     Este estudio es parte del trabajo del Programa de Investigación del Instituto Nacional de Bosques (INAB). La autora agradece al INAB la oportunidad de desarrollar su trabajo de Ejercicio Profesional Supervisado en dicho programa. Agradecemos también la autorización para realizar la investigación en esta área protegida bajo su administración. Agradecemos al personal administrativo y de campo del Parque Nacional Laguna El Pino, por su colaboración en el acompañamiento para la toma de datos.

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