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ESTADO DEL LAGO
2014
ATITLÁNINFORME
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Este informe es posible gracias al apoyo del Pueblo de los Estados Unidos a través de la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID). El contenido de este informe es responsabilidad exclusiva de la Universidad de Nevada Reno y el mismo no necesariamente refleja la perspectiva de USAID ni del Gobierno de los Estados Unidos de América.
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CONTENIDO
Resumen ObjetivosDinámicas Físicas
Transparencia del lago
Dinámicas Químicas Nutrientes en el agua del lago
Nutrientes en la columna de agua
Oxígeno disuelto en las aguas profundas del lago
BiologíaDensidad de fitoplancton
Composición estacional del fitoplancton
Invertebrados bénticos
Respiración bacteriana
CuencaUso de la tierra de la cuenca del Lago Atitlán
Población en la cuenca del Lago Atitlán
Hidrología de la cuenca del Lago Atitlán
Dinámica anual de descarga de nutrientes
Presupuesto anual 2013 de nitrógeno y fósforo
SuelosNutrientes en los suelos
Nutrientes en los suelos alrededor del Lago Atitlán
Salud Humana Manejo Integrado de Aguas ResidualesEducación y Divulgación
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EQUIPO DEL PROYECTO Y AUTORES
Nancy Giron, M.Sc.InvestigadoraUniversity of Nevada, Reno [email protected]ía Ambiental, Base de datos.
Dra. Margaret DixDirectora del Laboratorio de Análisis y Monitoreo, Centro de Estudios Atitlán, Sololá.Universidad del Valle de Guatemala, Campus [email protected]ía y Ecología.
Virginia Mosquera Salles, M.Sc.InvestigadoraIARNA-Universidad Rafael Landí[email protected] de agua y Monitoreo de la cuenca.
Dra. Eliška RejmánkováProfesoraDepartamento de Ciencias y Políticas Ambientales. University of California, [email protected]ía acuática y humedales, Procesos ecosistémicos.
Dr. Sudeep ChandraDirector de Proyecto –Unidos por el Lago Atitlán-Profesor Asociado de Limnología y Conservación Departamento de BiologíaUniversity of Nevada, [email protected]ía, Ecología béntica, Procesos ecosistémicos.
Karinn Johanna Sandoval Cumes, M.A.Directora de ComunicaciónProyecto Unidos por el Lago AtitlánUniversidad del Valle de [email protected]ón y Comunicación Ambiental.
Dr. Stewart OakleyProfesor de Ingeniería CivilDepartamento de Ingeniería CivilCalifornia State University [email protected]ía Ambiental.
Annie Caires, M.Sc.InvestigadoraUniversity of Nevada, Reno [email protected]ía béntica.
Alecia Brantley M.Sc.Programa de Graduados Ciencias HidrológicasUniversity of Nevada, Reno [email protected] heterotróficas, Calidad de agua.
Emily Carlson M.Sc.Programa de Graduados Suelos y BiogeoquímicaUniversity of California, [email protected] de Análisis Químico.
Gerson OchaetaAsistente de Investigación Centro de Estudios AtitlánUniversidad del Valle de Guatemala, Campus [email protected]ía.
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RESUMEN
Ha transcurrido un año más de trabajo y nuevamente estamos compartiendo con ustedes los hallazgos y logros del proyecto Unidos por el Lago Atitlán. Dos aspectos que han cambiado drásticamente a través del tiempo han sido la transparencia o claridad del agua (reducida en 46% aprox. desde inicios de este siglo) y los niveles de oxígeno disponible en la profundidad (menos de 2 mg/l debajo de los 250 m). Con los bioensayos se ha confirmado que las aguas residuales (cloacales) y los suelos desprendidos de la cuenca estimulan la actividad bacteriana lo que reduce la cantidad de oxígeno disponible en el fondo del lago y áreas cercanas a las orillas. Se han estudiado los diferentes tipos de fitoplancton que dominan en el lago a través del año, y hasta el momento no se han detectado florecimientos tóxicos de cianobacterias, pero está en observación el aumento de concentración de Microcystis aeruginosa y Aphanizomenon sp. La amenaza de futuros florecimientos de cianobacterias y todos estos cambios son relevantes no solo para el ecosistema del lago, sino también para la salud humana y la economía local.
Puesto que el lago es fuente de agua para consumo humano y recreacional, es de suma importancia velar por la calidad del agua. Todo lo que ocurre en la parte terrestre de la cuenca tiene un impacto en la calidad del agua. Por ello recopilamos información que sintetiza la situación de la cuenca enfocada a la dinámica de descarga de nutrientes y aporte hacia el lago. Se ha estudiado la capacidad que tiene el suelo para retención de fósforo debido a su origen volcánico. Si el suelo se erosiona y entra en contacto con el lago, el fósforo retenido puede liberarse y estar disponible para el crecimiento de algas.
Sabemos que el ingreso de aguas residuales tiene una gran repercusión en la salud humana y la del lago, por lo que consideramos que es urgente proceder a la implementación de un sistema integrado para su manejo adecuado. Hemos estudiado el uso de filtros de agua domésticos, pero vemos como prioridad el implementar las medidas que eviten el ingreso de estas dañinas aguas al lago. Comparamos la sostenibilidad de las dos mejores alternativas y se concluye que es más viable y efectivo dirigir las aguas residuales fuera de la cuenca. Esto es vital para evitar la proliferación de enfermedades y los florecimientos de algas, dado que los tratamientos tradicionalmente aplicados en el país no han demostrado ser la solución.
En este período se implementó un programa de divulgación y sensibilización ambiental dirigido a la población local, compartiendo con más de 4,000 personas en 18 municipios del departamento de Sololá. Nuestro trabajo se ha enriquecido por la colaboración e involucramiento de múltiples voluntarios y actores locales. Ya contamos con un laboratorio apropiado para el monitoreo y análisis de muestras localmente. Estudiantes y gestores han sido capacitados para continuar con los estudios que nos ayuden a entender mejor el lago, y que promuevan la toma de decisiones y la gestión basadas en la información científica. Debido a todo esto ya tenemos las primeras respuestas a nuestras preguntas, pero esto solo es el inicio. Este es el momento de actuar y recordemos que ¡todos somos parte de la solución!
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1. Capacitar a las generaciones futuras de jóvenes científicos guatemaltecos para desarrollar monitoreos y comunicar resultados a las comunidades locales.
2. Desarrollar un sistema de monitoreo a largo plazo que puede ser utilizado para medir parámetros físicos (temperatura, claridad), químicos (nutrientes y oxígeno), y biológicos (composición de algas, zooplancton y macroinvertebrados) para determinar el estado del lago y lograr predecir cambios en un futuro.
3. Desarrollar una base de datos con información existente del lago y ríos que se encontrará disponible para todas las partes interesadas trabajando en la conservación del Lago Atitlán.
4. Crear un laboratorio ambiental sostenible en la cuenca del Lago Atitlán con instrumentación especial para mediciones físicas, químicas y biológicas del lago y ríos para lograr evaluar aspectos críticos de la salud del lago.
5. Comunicar los descubrimientos científicos a actores locales y tomadores de decisiones para alentar el manejo apropiado del lago y su cuenca.
OBJETIVOS DEL PROYECTO UNIDOS POR EL LAGO ATITLÁN
Apoya a la ciencia para entender nuestro bello lago y poder dar soluciones al problema. ¡Tú puedes hacer la diferencia! Contáctanos a través de:
DONACIONES
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DINÁMICAS FÍSICAS
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La transparencia o claridad del lago es importante por un sin número de factores físicos y químicos. Primero, la transparencia establece el presupuesto de energía y la estructura de temperatura del ecosistema. Segundo, la transparencia puede establecer donde se distribuyen las especies biológicas, incluyendo las algas, en la columna de agua dentro del lago.
La transparencia del lago puede cambiar dependiendo de la concentración de algas, la carga de sedimentos provenientes de la cuenca y la cantidad de materia disuelta producida o introducida al lago. El entender los cambios en la transparencia del lago puede ayudar a entender el estado del ecosistema. La transparencia puede ser medida utilizando el disco Secchi, el cual es sumergido dentro del agua hasta que el mismo no se vea. Esto nos permite comparar cómo cambia la claridad del lago a través del tiempo.
Se ha realizado una compilación de toda la información disponible y de calidad durante la época seca y lluviosa. Durante la época seca se puede observar oscilaciones de claridad desde 1960 hasta principios de los 2000, dentro del rango de entre los 10-15 metros. A partir del 2009 se observa un fuerte cambio de claridad bajando hasta aproximadamente 5.5 metros. Creemos que los cambios durante la época seca son atribuibles al incremento de producción de algas dentro del lago. Existen menos datos durante la época lluviosa donde la claridad puede oscilar entre 7.2 a 15.5 metros hasta principio de los 2000. Posterior a este período la claridad se redujo hasta 5.7 metros, lo cual es probablemente debido a la combinación de producción de algas y la entrada de sedimentos proveniente de la cuenca. Observaciones claves de este análisis sugieren que el monitoreo de la claridad debe ser realizado en ambas estaciones, época seca y lluviosa, seguido por la recolección de biomasa de algas, materia orgánica particulada y/o mediciones de carbono para lograr entender los mecanismos que controlan la pérdida de claridad.
TRANSPARENCIA DEL LAGO
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EXPEDICIÓN CIENTÍFICA 2014
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DINÁMICAS QUÍMICAS
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NUTRIENTES EN EL AGUA DEL LAGOEl agua del lago se encuentra compuesta por un sin número de químicos provenientes de diferentes fuentes –hierro y aluminio de las rocas, carbono de plancton microscópico, fósforo de detergentes y del suelo, nitrógeno de fertilizantes y vegetación en descomposición, etc. La vida depende de muchos de estos compuestos químicos, por lo tanto es importante conocer cuales nutrientes se encuentran en el agua del lago. El fósforo y el nitrógeno son dos elementos que son de suma importancia para la vida. El nitrógeno se encuentra en las proteínas y en los músculos y es expulsado a través de desechos, el fósforo se encuentra en el ADN, paredes celulares y también es utilizado para energía por los organismos. Pero, no todos los nutrientes son necesitados por los organismos en las mismas concentraciones. En general se necesita mucho más carbono que nitrógeno, y más nitrógeno que fósforo.
Las plantas y otras formas de vida no pueden tomar estos dos importantes químicos en su forma elemental y no siempre se encuentran disponibles en la naturaleza en esta forma. Es por esta razón que se analizan los nitratos (NO3), amonio (NH4) y fosfatos (PO4) –estas son las formas de nitrógeno (N) y fósforo (P) que el plancton y las plantas acuáticas pueden utilizar. También se realiza el análisis de nitrógeno total (TN) y fósforo total (TP) para medir todas las posibles fuentes de nitrógeno y fósforo en el agua que pueden provenir de organismos vivos y muertos. Algunos ejemplos incluyen: plancton vivo, hojas en descomposición, partículas de sedimento en la columna de agua, agua residual en el lago, etc. Aunque muchas de estas fuentes se encuentran compuestas por moléculas orgánicas más grandes, éstas pueden ser una fuente de alimentos para las bacterias y otros descomponedores, los cuales luego pueden liberar el nitrógeno y fósforo en su forma inorgánica y biodisponible. Todos los anteriores son medidos en parte por billón (ppb): que significa que el valor reportado es uno por cada billón de partículas en el sistema (agua, oxígeno, sales, etc.).
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NUTRIENTES EN LA COLUMNA DE AGUAEl analizar una única medición de los nutrientes presentes en una única observación puede ser útil para entender el lago en ese momento, pero existen otras formas de analizar los datos de nutrientes químicos que puede dar mucha más información. Una forma es observar el perfil a profundidad –tomando muestras de agua provenientes de diferentes profundidades y comparando las concentraciones de nutrientes de cada uno. De esta manera, se puede observar cómo las concentraciones cambian a través de la columna de agua. Esto se realiza en el Lago Atitlán tomando muestras en la superficie, a 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 80, 100, 150, 200, 250 y 300 metros. Otra forma de observar las concentraciones de nutrientes es a través de la comparación de muestras tomadas en diferentes puntos en el tiempo. De esta manera podemos observar tendencias estacionales así como cambios a través de largos períodos de tiempo.
Se puede observar en la gráfica a continuación, que generalmente los nutrientes se incrementan a través de la profundidad. Esto debido, en parte, a la rápida utilización por el fitoplancton de los nutrientes disponibles en la capa superficial del lago, y por otra parte, debido al hundimiento y acumulación de organismos muertos y partículas de suelos en la parte más profunda del lago. También se puede observar que el amonio se encuentra cercano a cero en toda la columna excepto entre los 30-50 metros, 100 metros y el fondo. Esto debido a que el amonio es generalmente liberado como producto de desecho, por lo tanto, podemos observar una alta acumulación de plancton liberando amonio en la zona entre los 30-50m y a los 100 metros. Esto también se puede observar en los datos de nitratos y fosfatos –las concentraciones son menores en dichas profundidades a comparación de la superficie y en zonas más profundas; el plancton toma los nitratos y fosfatos en la zona entre los 30-50m y lo liberan cuando se mueren y se hunden hacia el fondo.
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OXÍGENO DISUELTO EN LAS AGUAS PROFUNDAS DEL LAGOEl oxígeno disuelto juega un papel importante no solo en la sobrevivencia de peces e invertebrados dentro de la columna de agua sino también controla las reacciones químicas dentro del agua. En lagos productivos, el oxígeno cercano al fondo puede ser bajo debido al consumo de materia orgánica por bacterias. Cuando el oxígeno en la columna de agua se reduce a 2mg/l, los peces pueden morir por falta de oxígeno. Además, la disponibilidad de ciertos nutrientes (fósforo) puede incrementarse debido a la “liberación” de complejos de hierro. Existe una limitación en la información disponible acerca de los niveles de oxígeno en los niveles profundos del lago. Sin embargo, este proyecto utilizó información existente
y realizó mediciones con equipos especiales para determinar los niveles de oxígeno disuelto. Desde 1969, hubo una reducción dramática de las concentraciones en el agua de la zona profunda (más de 250m) dentro del lago. Esta reducción repercute en un incremento de la biodisponibilidad del nutriente fósforo en estas zonas profundas, las cuales representan un gran volumen de agua. Por ende, si el lago se mezcla completamente y las condiciones de luz y temperatura son favorables, puede haber un incremento en las posibilidades de florecimientos de algas similar al de finales del 2009.
BIOLOGÍA
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DENSIDADES DE FITOPLANCTON (EN BIOVOLUMEN POR LITRO)Entre enero del 2013 y agosto del 2014, se observaron varios picos de biovolumen de fitoplancton. En el Centro, en febrero (5.9 mm³/l) y junio (18.3 mm³/l) y para Santiago en los meses de marzo (5.2 mm³/l) y junio (23.8 mm³/l) . En el año 2014, se presentó un pico (24.3 mm³/l) en el Centro del lago en el mes de febrero mientras que para Santiago se presentaron dos picos en el mes de abril (5.1 mm³/l) y en el mes de julio (23.7 mm³/l). Es importante mencionar que en los meses de mayo (0.8 mm³/l) y junio (1.0 mm³/l) del 2014 se presentaron las concentraciones de fitoplancton más bajas registradas en el presente período.
Vista general de fitoplancton dominado por la diatomea, Fragillaria crotonensis
Limnoraphis robustay Aphanizomenon sp.
Coelastrum sp.
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COMPOSICIÓN ESTACIONAL DEL FITOPLANCTON Durante el período 2013 al 2014 el patrón de estacionalidad del fitoplancton era similar a lo visto en 2012. Las figuras ilustran lo observado hasta agosto de 2014. En los primeros meses del año (enero a marzo, tanto en 2013 como en 2014) para ambos sitios las diatomeas (Bacillariophytas) fueron las dominantes en el lago, representadas principalmente por dos especies Aulacoseira granulata y Fragillaria crotonensis (figura en la página anterior).
En los meses de abril y mayo del 2013 se dio una dominancia de las algas verdes (Chlorophyta) representadas por el género Coelastrum (ver figura página anterior) para ambos sitios; de manera similar en el 2014, de abril a agosto, dominaron las algas verdes en el centro, representadas por Coelastrum sp., Oocystis sp. y Mougeotia sp. Los dinoflagelados (Dinophyta), con la especie Ceratium hirundunella, aumentaron sus concentraciones en los meses de mayo y junio del 2014.
Las cianobacterias (Cyanophytas) dominaron de junio a octubre en 2013. Las especies principales fueron: Limnoraphis robusta, Aphanizomenon sp. (ver figura página anterior) y Microcystis aeruginosa. Es importante mencionar que las concentraciones de M. aeruginosa han aumentado respecto a años anteriores.
Durante el período hubo florecimientos de cianobacterias formados en el Centro por L. robusta (39%), Aphanizomenon sp. (48%) y M. aeruginosa (13%) y, en Santiago, por L. robusta (6%) y Aphanizomenon sp. (94%) (en término de número de células). No se detectó presencia de cianotoxinas en el Lago Atitlán en este período.
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INVERTEBRADOS BÉNTICOSLos cambios en la composición de los invertebrados bénticos a través del tiempo pueden indicar cómo los parámetros físicos y químicos del estado del lago se encuentran influenciando los componentes biológicos a largo plazo. En el Lago Atitlán se recolectaron, enumeraron e identificaron invertebrados a través de un transecto desde aguas someras hasta profundas (5-320 m) en la bahía de San Juan. El cambio en la composición de invertebrados fue comparada para los años 2010, 2012, 2013 y 2014. En general, los invertebrados bénticos (dominado por el Orden Amphipoda) fueron recolectados en mayor densidad en el 2010 y 2012 que en el 2013 y 2014 (figura 1A y 1B). Sin embargo, otro macroinvertebrado béntico abundante, el caracol (familia Thiaridae) aumentó ligeramente en abundancia del 2010 al 2014 (figura 1C). La reducción en la abundancia de invertebrados bénticos en años recientes en zonas profundas puede estar asociado con la disminución del oxígeno en áreas profundas del lago.
Figura 1. Densidad promedio (ind./m2) de invertebrados bénticos recolectados en muestras por profundidad 2010, 2012, 2013, y 2014. La composición total de invertebrados se muestra en (A), así como los dos taxones o grupos más dominantes, Amphipoda (B) y Thiaridae (C).
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RESPIRACIÓN BACTERIANALas zonas anóxicas son consecuencia de altas tasas de respiración bacteriana que consumen el oxígeno disuelto y producen (CO2). Los nutrientes (carbono, nitrógeno, y fosfato) alimentan la respiración bacteriana, o pueden limitar la respiración cuando se vuelven escasos en el ambiente. Al agregar nutrientes a muestras del agua del Lago Atitlán, se puede determinar qué nutrientes son limitantes y observar cuáles estimulan la respiración bacteriana. En un experimento de incubación, se colectó agua de la profundidad (80, 100, 150m) y se midió la respuesta de la respiración bacteriana al agregar nutrientes, suelos y aguas residuales.
Las figuras muestran los resultados de la respiración bacteriana en respuesta a los tratamientos de adición, reportado como producción de CO2. La glucosa, como sustituto de carbono orgánico, incrementó la respiración 27 a 48 veces más que el control en febrero y mayo respectivamente. Las aguas residuales tienen concentraciones mucho mayores de carbono (40mg/l) al compararlo con agua del lago (1mg/l). Las aguas residuales incrementaron significativamente la respiración en todos los meses (16-64 veces más que el control). Estos experimentos sugieren que el carbono orgánico proveniente de fuentes ricas en nutrientes, como lo son las aguas residuales y los suelos, estimulan el incremento en la respiración bacteriana, que resulta en la reducción de oxígeno disuelto en el Lago Atitlán.
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RESPIRACIÓN BACTERIANA (CONT.)La figura a continuación muestra las tasas de respiración bacteriana en diferentes puntos cerca de la orilla del Lago Atitlán, con y sin adición de aguas residuales. Al agregar aguas residuales, la cual estimula la respiración bacteriana en el hipolimnio, también se estimuló la respiración bacteriana en los hábitats cercanos a la
orilla. Además, las tasas de respiración en los hábitats cercanos a la orilla son más altas y mucho más variables que aquellas tasas presentes en el hipolimnio. Esto muestra que tan productivo, aun siendo sectorial, es el hábitat de las orillas cuando se compara con hábitats de aguas abiertas.
CUENCA
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USO DE LA TIERRA DE LA CUENCA DEL LAGO ATITLÁNEl uso de la tierra de la cuenca del Lago Atitlán se divide principalmente entre cultivos y bosque. Del total de la cuenca, el 44% se utiliza en cultivos y el 47% permanece con cobertura forestal, el 6% son pastos naturales, únicamente el 2% son centros poblados y el restante 1% se divide en diferentes usos.
Al realizar el análisis dividido por subcuencas podemos observar que en la subcuenca del río Quixcab la cobertura forestal llega a ser del 58% y en el río San Francisco el 56% dejando únicamente el 38% para cultivos en ambos casos. El porcentaje más alto ocupado por centros poblados se encuentra en la subcuenca del río San Francisco con el 4%, comparado con el río Quixcab con únicamente el 1%.
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POBLACIÓN EN LA CUENCA DEL LAGO ATITLÁNEn la cuenca del Lago Atitlán habitan 257,395 habitantes. El 60% de la población habita en la parte norte de la cuenca (dentro de las subcuencas del Quixcab, San Francisco, Tzununá, San Buenaventura y Catarata) y el 24% de la población (alrededor de 64,100 personas) habitan en las orillas del Lago Atitlán.
La subcuenca con mayor población es la del río Quixcab5, (alrededor de 93,300 habitantes) que incluye a Sololá; y la de menor población es la del San Buenaventura6 (alrededor de 7,200 habitantes). Pero, la más densamente poblada es la de Tolimán1, que incluye a Santiago Atitlán, con 848 hab/km² seguida por la del río San Francisco7, que incluye a Panajachel, con 741 hab/km². La menos densamente poblada es la subcuenca de San Pedro2 con 286 hab/km2 .
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HIDROLOGÍA DE LA CUENCA DEL LAGO ATITLÁNExisten 3 diferentes tipo de ríos, clasificados por el tipo de corriente del río bajo condiciones normales: río permanente es aquel que fluye todo el año, río intermitente es aquel que fluye únicamente en época lluviosa y río efímero es aquel que fluye únicamente durante e inmediatamente después de una tormenta. La cuenca del Lago Atitlán cuenta con 5 ríos permanentes: San Francisco (1), Quixcab (2), Catarata (3), San Buenaventura (4) y Tzununá (5), por lo menos 5 ríos intermitentes, además de ríos efímeros que no han sido posible cuantificar pero que incluye el río de Santiago Atitlán.
El orden de los ríos es otro método para clasificar los ríos basado en la premisa que mientras más grande el número de orden se espera un área de drenaje mayor, así como tamaño de canal y caudal del río (Gordon, Mcmahon, & Finlayson, 2004). Los ríos permanentes Quixcab, San Francisco San Buenaventura y Catarata se clasifican con orden 5, 4, 2 y 2 respectivamente.
La cuenca tiene un área total de 541 km², divido en 414 km² de área de drenaje y 127 km² de espejo de agua. Los ríos permanentes drenan el 62% de la cuenca, siendo 37% de la subcuenca del Quixcab, 17% del San Francisco, 3% del Catarata y San Buenaventura y 5% del Tzununá, todos localizados, como se puede observar en el mapa, en la parte norte de la cuenca. El restante 38% de la cuenca se drena a través de ríos intermitentes en época lluviosa y los efímeros durante las tormentas.
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DINÁMICA ANUALDE DESCARGA DE NUTRIENTESDE NITRÓGENO Y FÓSFOROAL LAGO DE ATITLÁNEn las gráficas se muestra la dinámica anual 2013-2014 de descarga de nutrientes por parte de las subcuencas. En la gráfica superior se muestra el total de fósforo y en la gráfica inferior el total de nitrógeno ambos en kg/mes.
Se puede observar que los picos de descarga de nutrientes siguen al pico de caudal. En el mes de octubre se observa el pico de descarga más alto para todos los ríos permanentes y para el caso de ambos nutrientes (nitrógeno y fósforo). El río Quixcab ingresa 3,474 kg de fósforo y 19,950 kg de nitrógeno; el río San Francisco 2,519 kg de fósforo y 16,108 kg de nitrógeno solamente en el mes de octubre.
El mes de abril fue el mes en el que menos nitrógeno se descargó a través de los ríos, aportando el río San Francisco 748 kg en total y el río Quixcab 1,853 kg en total. El menor ingreso de fósforo a través del río Quixcab ocurrió en diciembre con un aporte de 440 kg/mes y en enero por el río San Francisco con un aporte de 226 kg/mes.
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PRESUPUESTO ANUAL 2013 DE NITRÓGENO Y FÓSFOROEn la figura superior e inferior se muestra las toneladas por año de fósforo y nitrógeno con que cada río contribuyó durante el año 2013. Se puede observar que la cuenca que más contribuye en fósforo y nitrógeno es la del río Quixcab, 59% y 55% respectivamente. Seguido por la cuenca del río San Francisco contribuyendo con el 33% del total de fósforo y el 39% del total de nitrógeno.
El 76% del fósforo total y el 80% del nitrógeno total que ingresa al Lago Atitlán a través de los ríos es durante la época lluviosa (de mayo a octubre), debido a que la escorrentía logra arrastrar los sedimentos, nutrientes, materia orgánica, etc. El caudal de los ríos aumenta, y aparecen los ríos efímeros e intermitentes.
Solamente durante la época lluviosa la cuenca del río Quixcab contribuye con el 40% del nitrógeno total y el 44% del fósforo total del presupuesto anual. De nuevo, seguido por el río San Francisco que contribuye con el 26% del fósforo total y el 35% del nitrógeno total.
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SUELOS
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NUTRIENTES EN LOS SUELOSLos suelos volcánicos tienen muchas propiedades distintivas que los diferencian de otros suelos. Una de las propiedades más importantes para la agricultura es la capacidad de retención de nutrientes. El fósforo (P) se encuentra únicamente disponible naturalmente en las rocas que forman los suelos, y en la descomposición de plantas que crecen en los suelos. A medida que los suelos envejecen pierden el fósforo disponible para las plantas; por consiguiente, se necesita de fertilizantes para aumentar las tasas de producción. Los suelos volcánicos pueden actuar como esponjas permanentes, tomando el fósforo de los fertilizantes y hacerlo inaccesible a las plantas. Cuando estos suelos son introducidos al lago a través de deslaves, la retención puede ser revertida y el fósforo es liberado al lago, aumentando la carga de nutrientes en el agua, que puede ocasionar florecimientos.
El nitrógeno (N) es introducido a los suelos por varios mecanismos. Los microbios en los suelos pueden fijar nitrógeno atmosférico, transformándolo en formas más accesibles en la zona biológicamente activa. Pero, con mayor importancia, el nitrógeno es traído a través de deposición atmosférica, lluvia, gases en aire seco y relámpagos. La deposición incrementa con la contaminación del aire por los carros, industria y humo de incendios. La descomposición de las plantas (humus) reintroduce nitrógeno a los suelos, o en el caso de legumbres y otras especies fijadoras de nitrógeno, introducen nuevo nitrógeno al suelo. En el evento de un deslave o lluvias muy fuertes, mucho del nitrógeno puede ser liberado a la columna de agua del lago.
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NUTRIENTES EN LOS SUELOS ALREDEDOR DEL LAGO ATITLÁNSe realizó un experimento para medir la cantidad de fósforo retenido por los suelos de alrededor del Lago Atitlán. Los suelos fueron organizados por tipo de uso: agricultura, deslaves o bosques naturales. Todos los suelos retuvieron fósforo, pero con diferentes capacidades. Debido a la práctica agrícola de la rosa, la cual cambia los minerales en el suelo, los suelos de agricultura presentaron la mayor capacidad de retención (cantidad de fósforo que puede retener) y una baja afinidad de retención (que tan fuerte es capaz de retenerlo). Una retención alta significa que se debe agregar bastante fertilizante con fósforo para contrarestar la retención que hace el suelo de este elemento. Los suelos provenientes de deslaves tienen la capacidad más baja de retención, pero la afinidad más alta. Esto significa que los deslaves más antiguos pueden capturar fósforo proveniente de la escorrentía, lo que puede ayudar a incrementar la fertilidad de los suelos, que puede conllevar a aceleradas tasas de regeneración de bosque.
Cualquier suelo utilizado para capturar fósforo de la escorrentía necesita ser monitoreado para que no se lave al lago. La concentración de equilibrio de fosfato (EPC) es un cálculo de cómo el suelo va a reaccionar al momento de llegar al lago. El promedio del EPC para los suelos es de 0.17 mg P/l, que significa que el fósforo va a ser liberado de los suelos en cualquier agua que tenga concentración de fósforo menor a 0.17 mg P/l. Debido a que las aguas naturales del Lago Atitlán usualmente tienen concentraciones menores a 0.01 mg P/l, los suelos liberarán el fósforo al lago. Por ello, es importante asegurarse que los suelos alrededor del lago sean manejados para prevenir futura erosión o deslaves.
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SALUD HUMANALa eutrofización de lagos causada por el ingreso de aguas residuales no tratadas o tratadas parcialmente, resulta en un riesgo directo a la salud humana debido a altas cargas de patógenos. Además, el ingreso de nutrientes promueve el crecimiento rápido de algas no deseadas y especies de cianobacterias que pueden ocasionar florecimientos acompañados por producción de cianotoxinas. El Lago Atitlán ha experimentado aumento de eutrofización, florecimiento de cianobacterias y valores críticos de patógenos en sus aguas.
Más de 100,000 personas dependen del agua del lago como su única fuente de agua potable. Aunque el desviar los drenajes de las aguas residuales e implementar barreras naturales frente a fuentes no puntuales de escorrentía son las mejores formas de prevención, los humanos pueden ser protegidos de patógenos a través de implementar tratamientos en el punto de sus fuentes de agua.
Las universidades de Estados Unidos y Guatemala se han aliado con la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca del Lago de Atitlán y su Entorno (AMSCLAE), el Hotel Porta del Lago y la comunidad de San Pedro La Laguna para evaluar la eficacia y longevidad de los filtros disponibles en el país para la remoción de patógenos. Muestras de agua de pre y post-filtración fueron recolectadas aproximadamente cada seis semanas en el transcurso de seis meses en 20 casas evaluándose la presencia de coliformes y Escherichia coli. Los filtros también fueron evaluados con respecto a la eficiencia de remoción de carga bacteriana en las fuentes de agua del lago y agua superficial contaminada, en un espacio de laboratorio controlado, con algunos análisis preliminares sobre la capacidad de remoción de cianotoxinas.
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MANEJO INTEGRADO DE AGUAS RESIDUALES
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MANEJO INTEGRADO DE AGUAS RESIDUALESEs imperativo que el manejo de aguas residuales dentro de la cuenca se enfoque en la eliminación de la entrada de nutrientes al lago. Esto puede ser alcanzado únicamente a través de dos alternativas:
1. El uso de plantas de tratamiento de aguas residuales sofisticadas (lodos activados) con procesos de tratamiento terciario para la eliminación de nitrógeno y fósforo en la descarga al lago.
2. Exportar las aguas residuales fuera de la cuenca con su tratamiento posterior y reutilizar en la agricultura.
Las alternativas fueron comparadas en un análisis de ciclo de vida que incluye los costos de construcción, consumo de energía para operación, producción de energía por turbinas hidroeléctricas y producción de metano, valorización de nutrientes y reutilización de agua en la agricultura, y venta de bonos de carbono por la utilización del metano.
Los resultados muestran que mientras que los costos de construcción para las dos alternativas son similares, la alternativa 2 es un productor neto de energía, permitiendo que el sistema completo sea energéticamente sostenible. Además, los nutrientes que son removidos en procesos de tratamiento costosos en la Alternativa 1, de lo cual no hay precedente en Latinoamérica y mucho menos en Guatemala, pueden ser valorizados en la alternativa de exportación y utilizados para irrigar 1,000 hectáreas de agricultura fuera de la cuenca. Esta valorización para la reutilización es un componente clave de sostenibilidad.
Los resultados demuestran claramente que la exportación de aguas residuales con reutilización en la agricultura es económicamente y ambientalmente superior al tratamiento de aguas residuales con descarga al lago, y es por lo tanto la alternativa más apropiada para el manejo del agua residual dentro de la cuenca del Lago Atitlán.
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Análisis de Ciclo de Vida para las Dos Alternativas, 2016-2036 (Rojo = Costo)
ParámetroDescarga al Lago Trasvase de Efluente con Reuso Agrícola
Lodos Activados Con Perforación Sin Perforación
I. Costos de Construcción, US$Plantas de TratamientoTubería de PresiónPerforación HorizontalEstaciones de Bombeo Estaciones Hidroeléctricas Reservorio
Costo Total
($44,134,000)-----
($44,134,000)
($11,891,000)($8,374,000)
($600,000)($1,821,000)($3,608,000)($3,320,000)
($29,614,000)
($11,891,000)($8,409,000)
-($1,821,000)($3,608,000)($3,320,000)
($29,049,000)
II. Operación y MantenimientoCosto de Energía Neta, US$/año Valor de Energía Neta, US$/año
Costo Neto Presente, 2016-2036, 6.2%Valor Neto Presente, 2016-2036, 6.2%
($2,061,467)$0
($23,265,698)$0
$0 $1,364,808
$15,403,214
$0
$1,209,551
$13,650,980
III. Valorización para Reuso en AgriculturaValor del Agua para Riego, US$/año Valor de Nitrógeno, US$/año (NT = 30 mg/L)Valor de Fósforo, US$/año (FT = 10 mg/L)
Valor de Agua y Nutrientes, US$/añoValor Neto Presente: 2016-2036
$0 $0 $0 $0 $0
$192,660 $517,000 $472,000
$1,181,660 $13,336,211
$192,660 $517,000 $472,000
$1,181,660 $13,336,211
IV. Bonos de CarbonoValor de Bonos/año, US$10/Bono
Valor Neto Presente: 2016-2036$0 $0
$200,700 $2,265,099
$200,700 $2,265,099
V. Costo/Valor Neto Total, 2016-2036, US$ ($67,399,698) $1,390,524 $203,290
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La alternativa de exportación cuenta con los siguientes componentes:
• Recolección de agua residual y la exportación de la cuenca con un alcantarillado de baja presión. Cada municipalidad tendría una estación de bombeo para operación y mantenimiento.
• Generación de hidroelectricidad con cuatro turbinas, con producción de 5,600 kWh/día. Esta electricidad generada cubriría todos los requerimientos para el bombeo, dejando aún una ganancia neta energética después de la exportación.
• Exportación de aguas residuales en San Lucas Tolimán, el cual es el punto más bajo dentro de la cuenca. El bombeo vertical tiene una diferencia de alturas de 40m.
Alternativa 2: Exportación de Aguas Residualescon Reutilización en la Agricultura
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La alternativa de exportación cuenta con los siguientes componentes fuera de la cuenca:
• Flujo por gravedad desde el punto de exportación de la cuenca, arriba de San Lucas Tolimán, hacia la tubería de caída a la turbina (aproximadamente 5km).
• Tratamiento del agua residual en un sistema de lagunas de estabilización de aguas residuales, que incluye lagunas anaeróbicas para la generación y captura de metano. Área de laguna=31 ha.
• Generación de 8,900 kWh/día de electricidad a través de metano. El uso de metano puede también ser utilizado para venta de bonos de carbono.
• Valorización de agua tratada con nutrientes para la agricultura. Valor estimado= US$900,000/año.
• Irrigación de 1,000 ha de agricultura con efluente final tratado.
Alternativa 2: Exportación de Aguas Residuales con Reutilización en la Agricultura
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EDUCACIÓN Y DIVULGACIÓN
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EDUCACIÓN Y DIVULGACIÓNLa Estrategia de Comunicación y Sostenibilidad del Proyecto Unidos por el Lago Atitlán tuvo por objetivo sensibilizar a la población de la cuenca del lago sobre los problemas, causas y soluciones de la situación ambiental que ha provocado el deterioro del estado ecológico y el incremento de cianobacterias en dicho cuerpo de agua. Se trasladó información de las investigaciones científicas y del proyecto a las comunidades de 18 municipios del departamento de Sololá y se identificaron los problemas ambientales percibidos por cada municipio. Para ello se organizaron 19 jornadas informativas sobre la situación del lago y más de 30 talleres de educación ambiental sobre desechos sólidos, agua, saneamiento y conservación de suelos. En total se capacitó directamente a 3,271 personas (1520 hombres y 1751 mujeres) entre líderes comunitarios, microempresarios, artesanos, maestros, estudiantes, pescadores, prestadores de servicios y población en general.
Como parte del programa se capacitó a 41 periodistas y comunicadores sociales de la cuenca sobre Comunicación Ambiental para el Cambio Social. De ellos, la Asociación de Periodistas de Sololá se unió al proyecto para diseñar una campaña radial en temas de contaminación del agua y las formas de desinfección de la misma, elaborada en Español y los idiomas mayas Kaqchikel y K’ich’e. La información se socializó a través de radios locales, llegando a más de 50,000 oyentes.
Para los estudiantes del nivel primario y básico, se diseñaron talleres educativos interactivos para conocer la cianobacteria a través de un microscopio, aspectos de su biología, causas y consecuencias de los florecimientos. Esto se hizo con el fin de fomentar las medidas de reducción de nutrientes en el lago. Los municipios beneficiados fueron Panajachel, Santa Catarina Palopó, San Antonio Palopó, Santa Cruz La Laguna, Sololá, Santa Lucía Utatlán y Santiago Atitlán, atendiendo a más de 700 niños y jóvenes.
Otro mecanismo empleado para promover la conciencia ambiental y fomentar la participación local fue la organización del primer concurso y exposición fotográfica “Atitlán Vivo y Sano” donde se establecieron alianzas con empresas locales y medios de comunicación para su organización. La exposición estuvo abierta al público en general y estudiantes.
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Para ampliar el conocimiento del tema en la población guatemalteca en general, se participó en varias entrevistas de radio y televisión, así como publicaciones en medios escritos tanto para público adulto como infantil. Fue así como se coordinó con Tv Maya una serie de tres programas dedicados al Lago Atitlán, una entrevista en Canal 3, varias publicaciones en medios escritos y una publicación especial para niños en la revista Chicos de Prensa Libre. Estas acciones permitieron llevar el mensaje a más de 500,000 personas.
Otra parte fundamental del trabajo realizado fue el diseño y producción de material educativo, informativo, divulgativo y científico sobre agua, desechos sólidos, conservación de suelos, peces, cianobacteria, plantas acuáticas y plancton. El material está destinado a la población infantil, juvenil y adulta de la cuenca del Lago Atitlán, con el fin de sensibilizarlos y convertirlos en multiplicadores de la información en cada uno de sus hogares y comunidades.
Entre los materiales se elaboraron: afiches, trifoliares, informes sobre el estado del lago, una guía educativa sobre cianobacterias, y una serie documental educativa conformada por cuatro videos en los idiomas
Kaqchikel, Tz’utujil y Español. También se colaboró en la elaboración del cuadernillo de ejercicios para el ciclo básico de la guía “Educando para Conservar” con la Asociación Amigos del Lago Atitlán.
Durante este período, también se realizó la cuarta expedición científica en el Lago Atitlán con el objetivo de fortalecer las capacidades de estudiantes locales en métodos de investigación que permitan conocer y entender la dinámica fisicoquímica y biológica del lago y su cuenca. Se contó con un total de 80 participantes, incluyendo profesores y estudiantes de las universidades de California-Davis, Nevada-Reno, Del Valle de Guatemala, Rafael Landívar y San Carlos de Guatemala, además de colaboradores de la Autoridad para el Manejo Sustentable de la Cuenca del Lago de Atitlán -AMSCLAE-.
Los resultados alcanzados son el reflejo del trabajo conjunto con municipalidades, mancomunidades, organizaciones ambientales públicas y de la sociedad civil, empresas privadas locales, maestros, directores educativos, medios de comunicación locales y nacionales, consultores y población en general.
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Mayor información Universidad del Valle de Guatemala Campus Altiplano, Centro de Estudios AtitlánKm. 137 Caserío Xolbé, Cantón El Tablón, Sololá.
PBX: (502) 7931-0814 ext 1010
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