Evaluación de la toxicidad en sedimentos de los canales del Distrito de Riego de La Ramada mediante la utilización de dos bioensayos

Abstract

La necesidad de agua para la producción agrícola de la sabana occidental del Departamento de Cundinamarca (Colombia) es provista por el distrito de riego de La Ramada, el cual a través de canales suministra agua que proviene desde río Bogotá hasta los campos agrícolas. Sin embargo, en gran parte de esta zona se ha venido dando un cambio en el uso del suelo, los campos agrícolas se han sustituido por parques industriales y centros urbanos, lo cual ha afectado tanto la calidad del agua del distrito como la concentración de contaminantes en aguas y en sedimentos. El objetivo de esta investigación fue determinar si existe toxicidad en sedimentos provenientes de los canales del Distrito de Riego de La Ramada mediante el uso de dos bioensayos. Se seleccionaron tres zonas, una influenciada por actividades agrícolas, otra con influenciada de actividades urbanas y finalmente la tercera con afectación de actividad urbana industrial. En cada zona, se tomaron 17 muestras puntuales de agua y 6 muestras compuestas de sedimentos, en cada uno de los canales de riego. El muestreo se realizó tanto para la época seca como para la de lluvia. A cada muestra de agua se le determinaron las características fisicoquímicas como pH, conductividad eléctrica, nutrientes, DBO5, DQO y COT y microbiológicas (Coliformes totales y fecales) siguiendo los métodos estándares, plaguicidas y antibióticos. Se calculó la relación de adsorción de sodio (RAS), la relación Kelley (KR), el porcentaje de sodio (%Na) y la relación de adsorción de magnesio (RAM). Las muestras de sedimentos se les determinó la textura, el pH, el COT, metales pesados (Cr, Pb, Cd, Ni, Hg, Zn, Cu y As) totales y biodisponibles, así como la toxicidad. Esta última, se evaluó en los elutriados con los organismos de prueba Hydra attenuata y Daphnia magna. Para evaluar la contaminación por metales pesados en los sedimentos se calcularon los índices de carga contaminante (PLI), índice de geoacumulación (Igeo), factor de contaminación (FC), factor de enriquecimiento (EF) y el índice de riesgo ecológico (RI). Los parámetros físico químicos del agua variaron según el área de influencia y época climática (p<0,05), obteniendo para el área agrícola un rango de conductividad eléctrica entre 590 y 910 μS/cm, DBO entre 3 y 159 mg/L, DQO entre 40 y 282 mg/L, SST entre 14 y 165 mg/L, COT entre 9.4 y 63 mg/L, para el área urbana se obtuvo 586 y 2620 μS/cm, DBO entre 18 y 314 mg/L, DQO entre 29 y 399 mg/L, SST entre 5 y 78 mg/L, COT entre 6.9 y 182.6 mg/L y para el urbano industrial 475 y 1783 μS/cm, DBO entre 50 y 2250 mg/L, DQO entre 72 y 3150 mg/L, SST entre 14 y 1880 mg/L, COT entre 20,3 y 266 mg/L. Mientras que el OD se fue menor a 2 mg/L en todas las áreas y los valores de pH se encontraron dentro de lo permitido por la normatividad de Colombia (pH = 4,5-9). Las aguas presentaron altos contenidos de nitrógeno (>1,5mg/L) y fosforo total (>0,075 mg/L) que evidencian su eutroficación. Además, los contenidos de coliformes totales y fecales sobrepasaron los niveles permitidos por la normativa en las tres áreas estudiadas. Los valores del RAS oscilaron entre 5,8 y 32,4 entre las áreas estudiadas, mientras que los índices KR, y % Na indicaron que el uso continuo de estas aguas podría afectar la sostenibilidad de los suelos. Los valores del RAM se encontraban dentro de los valores recomendados (50<RAM). Los sedimentos presentaron texturas con predominio de partículas de arena y las variables medidas en los sedimentos variaron entre áreas de influencia (p<0,05) y no para la temporada climática (p>0,05). Los sedimentos presentaron pH que variaron entre 5,7 y 7,4 y las concentraciones de metales decrecieronde Zn seguido del Cu>Cr>Pb>Ni>As>Cd>Hg y superaron los valores de referencia de la zona (Zn: 86; Cu: 14; Cr: 9; Pb: 15; Ni: 12; As: 3,5; Cd: 1,7: Hg: 0,19 (mg/Kg)) a excepción del arsénico. Se obtuvieron porcentajes de biodisponibilidad de metales pesados entre 3 y 81%. El índice PLI mostró que los sedimentos de las tres áreas de influencia están contaminados, los índices de Igeo, EF, CF muestran que el área menos impactada por actividades antropogénicas fue el área agrícola, seguido del área urbana, mientras que el área urbana industrial fue la más contaminada. Mientras que el índice de riesgo ecológico (RI) indicó un riesgo alto en las áreas urbana y urbana industrial, y bajo en la agrícola. Se obtuvieron concentraciones de Metalaxyl, Fipronil, Clomazone, Ametryn, así como los antibióticos Ciprofloxacina, Trimethoprim y Sulfamethoxazole en aguas y sedimentos. La mayor toxicidad se presentó en el área urbana industrial, seguido de urbana y agrícola. H. attenuata fue más sensible que D. magna que solo presentó toxicidad en el área urbana industrial. Estos resultados evidencian que los canales del distrito de riego reciben descargas de aguas residuales y como se señaló anteriormente, la alta concentración de metales en los sedimentos, el análisis de biodisponibilidad, y los resultados de toxicidad, estarían indicando la potencial llegada de estos contaminantes a la columna de agua. El posterior uso del agua para riego constituiría un riesgo para la salud del ecosistema y de los consumidores.

The need for water for agricultural production in the western savannah of the Department of Cundinamarca (Colombia) is provided by the irrigation district of La Ramada, which through canals supplies water that comes from the Bogotá River to the agricultural fields. However, in much of this area there has been a change in land use, agricultural fields have been replaced by industrial parks and urban centers, which has affected both the district's water quality and the concentration of pollutants. in waters and sediments. The objective of this research was to determine if there is toxicity in sediments from the channels of the La Ramada Irrigation District through the use of two bioassays. Three zones were selected, one influenced by agricultural activities, another influenced by urban activities and finally the third affected by urban industrial activity. In each zone, 17 specific water samples and 6 samples composed of sediments were taken from each of the irrigation channels. Sampling was carried out for both the dry and rainy seasons. Physicochemical characteristics such as pH, electrical conductivity, nutrients, BOD5, COD and TOC and microbiological characteristics (total and fecal coliforms) were determined for each water sample following standard methods, pesticides and antibiotics. Sodium adsorption ratio (RAS), Kelley ratio (KR), sodium percentage (% Na) and magnesium adsorption ratio (RAM) were calculated. Sediment samples were determined for total and bioavailable texture, pH, TOC, heavy metals (Cr, Pb, Cd, Ni, Hg, Zn, Cu and As), as well as toxicity. The latter was evaluated in those elutriated with the test organisms Hydra attenuata and Daphnia magna. To evaluate the contamination by heavy metals in the sediments, the pollutant load indices (PLI), geoaccumulation index (Igeo), contamination factor (FC), enrichment factor (EF) and the ecological risk index (RI) were calculated. The physical-chemical parameters of the water varied according to the area of influence and climatic season (p <0.05), obtaining for the agricultural area a range of electrical conductivity between 590 and 910 μS/cm, BOD between 3 and 159 mg/L, COD between 40 and 282 mg/L, TSS between 14 and 165 mg/L, TOC between 9,4 and 63 mg/L, for the urban area 586 and 2620 μS/cm were obtained, BOD between 18 and 314 mg/L, COD between 29 and 399 mg/L, TSS between 5 and 78 mg/L, TOC between 6,9 and 182,6 mg/L and for urban industrial 475 and 1783 μS/cm, BOD between 50 and 2250 mg/L, COD between 72 and 3150 mg/L, TSS between 14 and 1880 mg/L, TOC between 20.3 and 266 mg/L. While the DO was less than 2 mg/L in all areas and the pH values were within what is allowed by the Colombian regulations (pH = 4,5-9). The waters presented high nitrogen content (>1,5mg/L) and total phosphorus (> 0,075 mg/L) that show their eutrophication. In addition, the contents of total and fecal coliforms exceeded the levels allowed by the regulations in the three areas studied. The RAS values ranged between 5,8 and 32,4 between the studied areas, while the KR and% Na indices indicated that the continuous use of these waters could affect the sustainability of the soils. The RAM values were within the recommended values (50 <RAM). The sediments presented textures with a predominance of sand particles and the variables measured in the sediments varied between areas of influence (p <0,05) and not for the climatic season (p>0,05). The sediments presented pH that varied between 5,7 and 7,4 and the metal concentrations decreased by Zn followed by Cu>Cr> Pb> Ni> As> Cd> Hg and exceeded the reference values of the area (Zn: 86; Cu: 14; Cr: 9; Pb: 15; Ni: 12; As: 3.5; Cd: 1.7: Hg: 0,19 (mg/Kg)) with the exception of arsenic. Heavy metal bioavailability percentages between 3 and 81% were obtained. The PLI index showed that the sediments of the three areas of influence are contaminated, the indices of Igeo, EF, CF show that the area least impacted by anthropogenic activities was the agricultural area, followed by the urban area, while the industrial urban area was the most polluted. While the ecological risk index (IR) indicated a high risk in urban and industrial urban areas, and low in agricultural. Concentrations of Metalaxyl, Fipronil, Clomazone, Ametryn, as well as the antibiotics Ciprofloxacin, Trimethoprim and Sulfamethoxazole, were obtained in water and sediments. The highest toxicity was presented in the industrial urban area, followed by urban and agricultural. H. attenuata was more sensitive than D. magna, which only presented toxicity in the industrial urban area. These results show that the irrigation district canals receive wastewater discharges and, as noted above, the high concentration of metals in the sediments, the bioavailability analysis, and the results of toxicity, would be indicating the potential arrival of these pollutants to the water column. The subsequent use of the water for irrigation would constitute a risk to the health of the ecosystem and consumers.