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EFECTO DEL FITOPLANCTON SOBRE DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
MANGANESO (Mn) EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO TIBITOC S.A.
KAREN MARGARITA CHACÓN DE ALBA
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA
BOGOTÁ D.C. 2011
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EFECTO DEL FITOPLANCTON SOBRE DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
MANGANESO (Mn) EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO TIBITOC S.A.
KAREN MARGARITA CHACÓN DE ALBA
TRABAJO DE GRADO
Presentado como requisito para optar al título de
BIÓLOGA
______________________ _____________________
Ingrid Schuler Ph. D. Andrea P. Forero Ruiz
Decana Académica Directora Carrera de Biología
Facultad de Ciencias Facultad de Ciencias
Pontificia Universidad Javeriana Pontificia Universidad Javeriana
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EFECTO DEL FITOPLANCTON SOBRE DIFERENTES CONCENTRACIONES DE
MANGANESO (Mn) EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO TIBITOC S.A.
KAREN MARGARITA CHACÓN DE ALBA
TRABAJO DE GRADO
Presentado como requisito para optar al título de
BIÓLOGA
_____________________________ _____________________________
Ángela M. Zapata Anzola MSc. Sandra Baena Ph.D
Directora Trabajo de Grado Jurado
Facultad de Ciencias Facultad de Ciencias
Pontificia Universidad Javeriana Pontificia Universidad Javeriana
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NOTA DE ADVERTENCIA
Artículo 23 de la resolución No. 13 de Julio de 1946
“La Universidad no se hace responsable por los conceptos emitidos por sus alumnos en sus
trabajos de tesis. Sólo velará por que no se publique nada contrario al dogma y a la moral católica
y por que las tesis no contengan ataques personales contra persona alguna, antes bien se vea en
ellas el anhelo de buscar la verdad y la justicia”.
5
AGRADECIMIENTOS
Ante todo a Dios por la oportunidad de vivir, por su presencia en mi vida, por las fuerzas y su
guía cada día para alcanzar los retos y sueños propuestos.
A mis padres por su gran amor, su incondicional apoyo y esfuerzo todo el tiempo; a ellos debo lo
que soy y lo que he alcanzado.
A mis hermanos Karime y Camilo por su ayuda en todo, por su amor, comprensión y paciencia.
A mi directora de trabajo de grado, la profesora Ángela Zapata Anzola, por su apoyo, su
confianza, su guía, paciencia, consejos y enseñanza continúa en este proceso de formación.
A la profesora Sandra Baena por su continua enseñanza, y valiosos aportes al aceptar ser parte de
este proyecto de investigación.
A la Concesionaria Tibitoc S.A. por abrirme sus puertas y brindarme el apoyo para la realización
de este proyecto, en especial a Dora Solano por su valioso aporte, apoyo incondicional y continua
enseñanza; a la ingeniera Luz Mireya Guío, a los ingenieros José Daza, Fabio Neira y a mis
compañeros del laboratorio Adriana, Mauricio y Diana.
A mis profesores durante la carrera por sus enseñanzas, especialmente el profesor Saúl Prada y
Carlos Rivera, por su guía y buenos consejos.
A mis compañeros de laboratorio Paola Mora, Jhazaira Mantilla y Joaquín Celeita por sus
aportes, buenos consejos y momentos compartidos en el laboratorio y muestreos limnológicos.
A mis amigos de carrera, Juan David, Juliana, Juan Salvador, Karoll, Andrés; Luis Carlos,
Melisa, Dana, Ángela; Carolina, Pilar, Nataly, por su amistad, alegría, compañía y palabras de
ánimo siempre.
A Katherine Castellanos, Carolina Jaramillo y Ana María Guevara por su amistad incondicional,
por las sonrisas, y todos los momentos compartidos en estos cinco años.
A la familia Barón Rodríguez, Luis A. Tarazona, Jhon Mosquera, Héctor Delgado, Alejo Barón y
demás amigos y personas que de una u otra forma me brindaron ayuda incondicional durante este
proceso.
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Resumen
Las algas han sido reportadas como organismos adecuados para la realización de remediación
biológica en el agua. Este estudio compara y demuestra la habilidad por parte del fitoplancton
para adsorber y remover manganeso en el agua de la planta de tratamiento Tibitoc S.A. la cual
presenta una dársena de pre-sedimentación con un gradiente horizontal que tiene como afluente
principal el río Bogotá. Durante la época de lluvia se presenta un aumento de las concentraciones
de manganeso (Mn) en este cuerpo de agua, derivado de la percolación y remoción del suelo en
la cuenca, este efecto debe ser controlado en el tratamiento para evitar cambios en las
propiedades organolépticas del agua para los consumidores finales.
Se realizó un experimento, en el laboratorio, con el fin de evaluar y comparar el efecto del
fitoplancton sobre la remoción de manganeso en tres diferentes concentraciones, la evaluación se
realizó con el fitoplancton presente en la Dársena (comunidad) y el alga Spirogyra sp.
(población). Los resultados determinaron que la comunidad tuvo capacidad efectiva de remoción
en las concentraciones: 0,15 y 0,30mg/l, mientras que la población de Spirogyra remueve el
manganeso hasta concentraciones de 0.5mg/l. Tanto la comunidad y la población algales tienen
capacidad de remover más del 80% del manganeso disuelto en el agua después de siete días. Las
densidades del fitoplancton en la comunidad y los valores de clorofila-a en los dos experimentos
determinaron que no existen efectos negativos del micro-nutriente sobre las algas ya que estas
usan el manganeso en su proceso de fotosíntesis.
Los análisis estadísticos determinaron que no existen diferencias significativas en la capacidad de
remoción por parte de la comunidad y la población fitoplanctónica a través de los días de análisis.
Y se sugiere que el fitoplancton puede ser usado como bio-filtro en el tratamiento de purificación
del agua de consumo.
7
1. Introducción
El agua como recurso natural potable, presenta generalmente contaminación por residuos de
procesos industriales que pueden ser contaminantes orgánicos o metales pesados, los cuales
generan reacciones Redox, de solubilidad y asociación con otras moléculas que alteran las
características en el agua; por lo que surge la necesidad de tratarlos y/o controlarlos (8). En la
planta de tratamiento Tibitoc S.A., que provee agua potable aproximadamente a cuatro millones
de bogotanos (11), se presentan periodos donde la concentración de manganeso aumenta,
especialmente en época de lluvia por la remoción de suelo y reacción con el oxígeno que entra al
cuerpo de agua (35).
Los niveles de este micro-elemento en el agua implican el aumento de costos para la empresa al
utilizar tratamientos con sustancias químicas que los reduzcan. El manganeso al igual que otros
metales, se precipita y altera las condiciones organolépticas del agua para consumo, que aunque
no son perjudiciales para la salud, puede causar rechazo por parte de los consumidores, ya que
genera color pardo en el agua (1). En Colombia, el manganeso es permisible hasta 3,0 mg/l en los
cuerpos de agua (5). De aquí radica la importancia de aplicar un tratamiento biológico que
permita la purificación del agua de forma eficaz y segura reduciendo el impacto ambiental.
Estudios realizados reportan el fitoplancton como método eficiente en la remoción de micro-
elementos en el agua, entre estos el manganeso que es usado en estado +2 para el proceso de
catálisis del oxigeno en la enzima del fotosistema II durante el proceso de fotosíntesis (8). En
Colombia, estos tratamientos no han sido aplicados de manera eficaz; Así que al tener en cuenta
el uso que los organismos fitoplanctónicos pueden hacer del manganeso en el agua, se realizó un
diseño experimental a nivel de laboratorio con una población de Spirogyra sp y la comunidad de
algas de la dársena de pre-sedimentación.
Se realizaron dos diseños experimentales con tres adiciones de manganeso cada uno, partiendo de
las concentraciones reportadas en la planta de tratamiento. Un diseño experimental fue con la
comunidad algal de la dársena y otro diseño se realizó con la población de Spirogyra sp reportada
por su capacidad de adsorber y retener concentraciones de metales de hasta 14 mg/l en su pared
celular (6). Las adiciones fueron de 0,15, 0,30 y 0,50mg/l a fin de comparar la reacción de la
8
comunidad y la población algales. Este estudio encontró que el fitoplancton a pesar de sus
diferencias fisiológicas las dos estructuras (Comunidad y Población) tienen capacidad de
remoción y adsorción del manganeso presente en el agua de manera eficiente, lo que indica que
pueden ser usadas como bio-filtro para tratar concentraciones de micro-nutrientes como el
manganeso en el agua.
2. Planteamiento del problema y Justificación
El agua como recurso natural potable es de vital importancia para la funcionalidad del ser
humano que se abastece de esta fuente. Actividades industriales, agrícolas, entre otras, tienen
como sub-productos metales pesados (Pb, Cd, B, Zn, Hg, entre otros) que se convierten en
problema de contaminación al superar los niveles admisibles (2). Sin embargo, existen otros
metales necesarios para procesos biológicos de los organismos en el ecosistema acuático como
hierro (Fe) y manganeso (Mn) (3). El manganeso supone solamente el 0,1% de la masa total
terrestre, pero en suelos con fertilizante el nutriente puede llegar hasta 10% (4). Aunque estos
elementos no tienen consecuencias adversas para la salud en bajas concentraciones (2,0 – 3,0
mg/l) (5), pueden alterar las características organolépticas del agua de consumo (2).
Generalmente, el aumento de metales como el manganeso (Mn) se regula con tratamientos
químicos de alto costo y corto tiempo de acción (6).
La respuesta de los metales a tratamientos químicos, depende de las reacciones entre los
agregados y los compuestos en el agua. Lo que puede liberar residuos químicos contaminantes al
ambiente (7). Una alternativa, es el uso del fitoplancton como reductor de las concentraciones de
manganeso (Mn) en el agua sin presentar situaciones adversas. Kaonga et al. (2008) empleó una
técnica de aplicación con tratamientos donde se usó una población de algas con capacidad de
adsorción de metales pesados que permitió la reducción de manganeso, ya que las algas utilizan
el micro-elemento para su proceso fotosintético (9; 10).
Por tal razón y con el fin de evaluar la disminución de la concentración de Mn en el agua de la
planta de tratamiento Tibitoc S.A., se empleó la técnica de bio-adsorción con Spirogyra sp (6). y
a su vez se comparó y evaluó la respuesta con la comunidad fitoplanctónica de la Dársena de
Tibitoc S.A. sobre las concentraciones de Mn, lo que podría permitir una reducción de costos;
9
asimismo, reducir las alteraciones al ecosistema producidas por las reacciones de dicho
procedimiento (6).
Pregunta de investigación
¿Qué efecto tiene el fitoplancton a nivel de población y comunidad sobre diferentes
concentraciones de manganeso (Mn)?
3. Marco Teórico
El fitoplancton al igual que los demás organismos vivos, tienen una estructura dinámica y en
constante cambio, organizados a nivel de comunidad y población. Una comunidad ecológica se
define ampliamente como cualquier conjunto de individuos de diferentes especies que existen en
el mismo espacio-tiempo (12) y población, como el conjunto de individuos de la misma especie
(13). El fitoplancton ha sido reconocido como uno de los productores primarios más importantes
del ecosistema acuático al realizar el proceso de fotosíntesis, para el que requieren de macro y
micro nutrientes como Nitrógeno, Fósforo, Carbono, Azufre, Hierro, Manganeso, entre otros
(10). Las algas tienen una composición orgánica con base en proteínas, lípidos y carbohidratos
condensados, constituidos por nutrientes y otros elementos de grupos funcionales de metales.
Cuando los nutrientes se ven limitados, el fitoplancton permite que su pared celular compuesta
por polisacáridos tome los nutrientes del medio por adsorción o absorción (1); la adsorción es la
capacidad de atracción o adhesión de moléculas de un gas, líquido o sustancia disuelta en el
medio para fijarse sobre la superficie del individuo, formando parte de la composición química de
la pared celular, donde la energía es independiente de la acumulación de elementos (8); mientras
que la absorción se refiere al consumo de nutrientes para el metabolismo. Este proceso requiere
energía para la obtención de elementos necesarios en el proceso fotosintético (8).
En el proceso fotosintético, las algas cuentan con la clorofila (Chl) como elemento básico para la
transformación de la energía solar. Las clorofilas a y b son las más conocidas y abundantes ya
que se encuentran en todos los organismos autótrofos. La clorofila c (c1 y c2) está en menor
cantidad en algas y plantas superiores. La función principal de las clorofilas b y c y otro tipo de
pigmentos, es llevar la energía hacia la clorofila-a, que no fue captada debido a la variación de la
composición de la luz, con el fin de evitar la interrupción de este proceso (14). La clorofila se
10
utiliza para estimar indirectamente la biomasa de la comunidad fitoplanctónica e indica el estado
fisiológico de estos organismos (15). El metabolismo de las algas puede verse afectado cuando
hay exceso o defecto de alguno de los nutrimentos limitantes, tales como el Nitrógeno y el
Fósforo, ya que alteran la dinámica de crecimiento (16); esto se refleja en las características de
los pigmentos y asimismo en el aumento de concentración de feofitina que es un producto de
degradación de la clorofila (15).
Cuando hay variabilidad en la composición química del cuerpo de agua, el fitoplancton enfrenta
una situación de estrés que altera la tasa de crecimiento y a su vez la biomasa celular, ya que las
células hijas no cuentan con suficiente nutriente, teniendo que adaptarse al elemento disponible
en el medio; pues el Nitrógeno y el Fósforo deben estar en abundancia o corresponder a la
proporción de Redfield (N/P, equivalente a N: 16, P: 1) (17). Además, existen micro nutrientes
como (Cadmio, Azufre, Calcio, Cloro, entre otros) esenciales para el soporte, replicación y
dinámica ecológica de las algas con requerimientos traza (10). Usualmente las algas utilizan
concentraciones de hierro dispuestas en el agua para oxidar los compuestos ferrosos a férricos y
obtener la energía para la producción de oxígeno. Si el hierro no es suficiente en el agua, aunque
no es limitante como N y P, puede ser reemplazado por el manganeso como elemento químico
disuelto y usarlo para el crecimiento, debido a su función como cofactor redox en algunas
enzimas de la mitocondria y el fotosistema II necesarias para la fotosíntesis (9).
El hierro y manganeso fueron reportados en el agua desde 1899, como resultado de la percolación
de agua saturada con oxígeno disuelto, que estaba en contacto con materia orgánica (2).
Posteriormente se observaron elevadas concentraciones del micro nutriente debido al bajo pH,
alta concentración de CO2 y escorrentías. El Mn es encontrado en estado +2,
+3 y
+4 que son
transformados en procesos biológicos y reacciones redox en el agua (45).
Este proceso permite la donación e intercambio de átomos con el medio haciendo que el oxígeno
funcional se libere mediante la oxidación del Mn +2, adherido a la pared por complejos lipofilicos
(1). El estado +2 permite el proceso de catálisis del oxígeno en la evolución del proceso
fotosintético; estudios realizados con S. subspicatus demuestran que la oxidación del Mn +2
toma lugar en la superficie de la pared.
11
Las algas han sido calificadas como el mejor organismo para la realización de remediación
biológica del agua, puesto que es un tratamiento efectivo, de bajo costo y con un reducido
impacto ambiental (19). Gloeothece magna fue reportada por su capacidad de remoción de hasta
473 μg de Mn por miligramo de su peso en un cuerpo de agua (8). De igual manera, Spirogyra
aequinoctialis tuvo la capacidad de captar y acumular manganeso y otros micro nutrientes en su
pared celular (6). Los procesos de purificación requieren grandes cantidades de sustancias
químicas que son de alto costo y corto tiempo de acción, requieren un ajuste del pH del agua con
agentes como hidróxido de sodio (NaOH), cal hidratada Ca(OH)2 y/o carbonato de sodio (Na2
CO3) como agentes oxidantes, lo que demanda un estricto control por el impacto que puede
generar (18).
El presente estudio tiene como fin comparar la capacidad de adsorción de manganeso en una
población de Spirogyra sp, frente a la comunidad algal en la dársena de Tibitoc S.A. Asimismo,
evaluar la viabilidad de utilización de las algas como medio de extracción de manganeso en el
agua usada para consumo.
4. Objetivos
4.1. Objetivo General
Evaluar los efectos de la comunidad y la población fitoplanctónica sobre diferentes
concentraciones de manganeso en el agua de la dársena de Tibitoc.
4.2. Objetivos Específicos
o Analizar la composición, densidad, diversidad, riqueza y dominancia de la comunidad
fitoplanctónica de la dársena Tibitoc S.A.
o Cuantificar los cambios de la concentración de manganeso en el agua, posteriormente al
tratamiento con una población de Spirogyra sp. y la comunidad de fitoplancton presente
en la dársena.
o Evaluar los cambios de la biomasa y composición del fitoplancton a nivel de comunidad
y población frente diferentes concentraciones de manganeso.
12
Hipótesis
La concentración de Mn varía en el agua según la capacidad de adsorción del fitoplancton a nivel
de población a diferencia de la comunidad.
Predicción
Spirogyra sp utiliza en sus reacciones metabólicas más concentraciones de manganeso (Mn)
como oxidante y enzima para la mitocondria y PSII, así que tendrá mayor capacidad de remoción
de manganeso frente a la comunidad fitoplanctónica de la dársena.
5. Materiales y Métodos
5.1. Área de estudio
Este trabajo se realizó en la concesionaria Tibitoc S.A. (Figura1) ubicada en el Km. 4 vía Briceño
– Zipaquirá, en el departamento de Cundinamarca en donde se halla una dársena de pre-
sedimentación que presenta como afluente superficial el río Bogotá, río Teusacá y Neusa, los
cuales en época de lluvia hacen incrementar el volumen y el espejo de agua de la misma.
1 2
3
Foto: www.fopae.gov.co Modificada: Noviembre 3 de 2011
Figura 1. Área de estudio y puntos de muestreo en la Dársena Tibitoc S.A.
13
5.2. Caracterización limnológica de la muestra
Con el ánimo de caracterizar limnológicamente la dársena de Tibitoc S.A. se realizó un muestreo
el día 18 de agosto de 2011. El muestreo incluyó la realización de perfiles verticales de oxígeno
disuelto (OD), temperatura (T), conductividad y pH cada 20cm en tres estaciones con una sonda
multiparamétrica HACH hq 40d.
Las estaciones estuvieron distribuidas por la dársena, siendo boca toma norte (BTN) el punto 1,
delimitado en 4° 59’ 145”N y 73° 58’ 158”W. en este punto se presenta la entrada del río Bogotá
y el embalse Neusa; el Centro de la dársena (CD) como punto 2 a los 4°58’56”N y 73°
58’158”W; y Bombas como punto 3 a los 4°58’51”N y 73°58’05”W, en donde se realiza la
captación del agua para realizar el proceso de tratamiento.
En cada estación, se midió la transparencia (disco Secchi) y se tomaron muestras de fitoplancton
en tres profundidades (superficial, media y profunda) utilizando una botella Van Dorn. Las
muestras tomadas fueron preservadas con solución de lugol. Adicionalmente, se tomaron
muestras de las tres profundidades para el análisis de la concentración de Mn en la dársena
Tibitoc S.A. En el laboratorio se realizó la identificación taxonómica del fitoplancton, para lo
cual se emplearon claves especializadas (22; 23; 24) con el fin de estimar la densidad algal. Se
realizó un conteo con el método de sedimentación propuesto por Lund et al. (22), que consiste en
la toma de alícuotas en mililitros según la turbidez de la muestra y concentrar en cámaras
Utermöhl modificadas (23), utilizando el microscopio invertido OLYMPUS CK2. La
cuantificación se realizó hasta 400 células del morfotipo dominante y el análisis de la estructura
de la comunidad de fitoplancton incluyó un análisis de diversidad (riqueza de especies, índice de
Shannon, dominancia de Simpson).
5.3. Diseño de experimentos: Comunidad y Población del fitoplancton
Los experimentos se llevaron a cabo en el laboratorio de la planta de tratamiento Tibitoc S.A. las
unidades experimentales consistieron en frascos de vidrio de 180ml que se mantuvieron en
condiciones controladas de luz, foto-periodo de 12 horas, agitación manual tres veces por día,
procurando la misma intensidad y tiempo de agitación (3min por muestra) y temperatura
promedio de 22°C. Cada uno de los experimentos se llevó a cabo por 7 días. Para evaluar el
14
efecto del fitoplancton sobre el manganeso (Mn). Se analizó la concentración del manganeso
disuelto en el agua, la biomasa, clorofila y densidad de las algas. En los dos experimentos se
tuvieron tres réplicas por cada tratamiento y se evaluaron los parámetros los días 0, 2 y 7
teniendo en cuenta la tasa de renovación alta que tiene la dársena de pre-sedimentación en el
tratamiento de purificación del agua.
5.3.1. Diseño de experimento con la comunidad de fitoplancton
El experimento con la comunidad de fitoplancton, se realizó a partir de una muestra de 15 litros
de agua de la dársena (punto 2) tomada el día de la caracterización limnológica. El experimento
tuvo siete tratamientos, tres con adiciones de Mn a las siguientes concentraciones: 0,1; 0,3 y 0,5
mg/l, un control sin adición de Mn y tres tratamientos sin algas con adición de Mn en las mismas
concentraciones (Figura 2). Estos últimos tratamientos se filtraron usando filtros AP15 EM
microfibra de vidrio MILLIPORE 0,7 µm con el objeto de eliminar la mayor fracción de biomasa
fitoplanctónica y evaluar si suceden cambios en la concentración del micro-nutriente en los días
de evaluación.
Figura 2. Diseño experimental con la comunidad fitoplanctónica de la Dársena Tibitoc S.A.
Control sin Algas Concentración1
Control sin Algas Concentración 2
Control sin Algas Concentración 3
Comunidad algal - Dársena
Control Algas
180ml
Concentración 1 Concentración 2 Concentración 3
Manganeso
15
5.3.2. Diseño de experimento con la Población Spirogyra sp.
Se seleccionó una población de algas Spirogyra sp que según la literatura, posee capacidad de
adsorción de metales disueltos en el agua (6). En esta población se hacen necesarios nutrientes
que apoyen su desarrollo; sobre esta base, se sembraron en medio Bristol esterilizado (traslúcido)
que ha sido reportado como el medio más rico para clorofíceas (8). El experimento tuvo cuatro
tratamientos: un control de Spirogyra sp sin adición de manganeso y tres tratamientos con
adiciones de Mn en igual concentración que el experimento con la comunidad: 0,1; 0,3 y 0,5
mg/l.
En el experimento se cuantificó el manganeso disuelto en el medio y además el manganeso
retenido por Spirogyra sp. Para tal efecto, una sub-muestra de 50ml fue filtrada a través de una
malla de 20µm de poro con el fin de retener los filamentos de algas. Posteriormente se siguió el
protocolo estandarizado en el laboratorio de la concesionaria Tibitoc S.A. para analizar la
concentración de manganeso en el agua de la muestra experimental y en los filamentos de
Spirogyra sp. en cada día de evaluación.
Figura 3. Diseño experimental con la población de Spirogyra sp.
5.4. Parámetros evaluados en el experimento
5.4.1. Manganeso
Durante los días de evaluación se tomaron 50ml de agua en cada réplica, y se preservaron con
ácido nítrico concentrado hasta su análisis. Las mediciones de manganeso se realizaron mediante
la técnica estandarizada en el laboratorio de la concesionaria Tibitoc S.A. Dicho método es de
16
tipo colorimétrico usando un colorímetro HACH (DR/890) cuyo límite de detección fue de 0,007
mg/l.
5.4.2 Biomasa del Fitoplancton
En el experimento con la comunidad, la biomasa del fitoplancton se evaluó mediante la densidad
algal. De cada réplica se tomó una sub-muestra (20ml) que fue preservada con lugol. Para la
cuantificación se realizó el método se sedimentación y enumeración (22). Adicionalmente, en los
dos experimentos a nivel comunidad y población, se evaluó la clorofila. Para realizar este
procedimiento, una sub-muestra de cada réplica se filtró usando filtros Whatmann (GF/C) 1,5 µm
de poro hasta la saturación del mismo; éstos fueron almacenados en condiciones de oscuridad y a
0°C. El método usado para la extracción fue espectrofotométrico, utilizando acetona al 90% y
mortero de mano (25). Para la cuantificación de la clorofila a, b y c, se utilizaron las ecuaciones
propuestas por Jeffrey y Humphrey (26).
Donde, Clorofila-a = 11,85E664 - 1,54E647 - 0,08E630
Clorofila-b = 21,03E647 - 5,43E664 - 2,66E630
Clorofila-c = 24,52E630 - 1,67E664 – 7,60E647
Chl-a, b ó c (µg/l o mg/m3) = (Chl)(v)
(V)(Z)
Clorofila en el extracto = (µgChl /ml)(Vol. de extracto/ml)
Para evaluar la clorofila degradada en el experimento (Feofitina) se utilizó la ecuación propuesta
por Lorenzen (27).
Feofitina: (μg/l o mg/m3)= (k)(F) [R(E665)-E665](v) / (V)(Z)
17
Donde,
Adicionalmente, se calcularon algunos parámetros fisiológicos, relación 480/665 como índice de
carotenoides o de limitación de nitrógeno (N), donde valores superiores a 2 indican una
comunidad limitada por este macro-nutriente.
5.5. Análisis de la información
Los datos obtenidos durante los experimentos y la caracterización limnológica de la Dársena, se
evaluaron gráficamente y mediante estadística descriptiva, a través del programa Microsoft
Office Excel 2007. El análisis de diversidad de la comunidad fitoplanctónica de la Dársena se
realizó mediante el programa Biotools.
Para establecer si el fitoplancton tuvo un efecto en las diferentes concentraciones de Mn, se
realizó una prueba no paramétrica (Kruskall-Wallis) para cada experimento, teniendo como
factores el tratamiento y el tiempo.
Así mismo, para identificar si la comunidad o la población tuvieron un mejor desempeño en la
remoción de Mn se realizó la prueba Kruskall-Wallis entre los porcentajes de remoción en los
días de evaluación (2 y 7). La biomasa algal fue analizada de la misma forma que las
concentraciones de Mn, para establecer si hubo o no efecto sobre la comunidad fitoplanctónica;
Los análisis se realizaron mediante el programa STHATGRAPHICS versión 5.0.
K: coeficiente de absorción de clorofila a= 11,0
F: factor para equilibrar la reducción de la absorbancia de concentración de
clorofila, = 2,43
R: radio máximo de E665 en ausencia de feofitina= 1,7
v: volumen del extracto en ml
V: volumen del agua filtrada en litros
Z: longitud de la trayectoria de la luz a través de la celda, en cm.
E665o: turbidez luego de la absorción a 665nm antes de la acidificación
A665o-A750a, donde A: valor de la absorción
E630: A630-A750; E647: E647-E750; E664: A664-A750
18
6. Resultados
6.1. Caracterización limnológica de la Dársena
El punto de menor profundidad fue Boca toma norte (BTN) con 2m de profundidad, mientras que
el centro de la dársena (CD) tuvo una profundidad de 5,60m y la estación Bombas 5,40m. De
acuerdo con los perfiles de temperatura, la columna de agua presentó una condición de mezcla en
BTN y en el centro de la dársena. En el punto de Bombas se presentó una marcada estratificación
térmica por las condiciones soleadas del día de muestreo. La transparencia medida en cada punto
(disco Secchi) mostró valores de 0,20m para las dos primeras estaciones y 0,40m para la estación
3 (Bombas).
El oxígeno disuelto presentó valores bajos entre 3,7 y 4,6 mg/l desde la superficie hasta los 4m en
los puntos de mayor profundidad, y por debajo de ésta se presentó una condición hipóxica a
anóxica alcanzando valores cercanos a 0 mg/l (Figura 4).
La conductividad presentó valores relativamente homogéneos 97,5 y 108,5 µS/cm con un leve
incremento en las zonas más profundas. El pH, presentó valores cercanos a la neutralidad los
cuales oscilan entre 6,6 y 7,1 (Figura 5).
Figura 4. Perfiles verticales de Temperatura (°C) y Oxígeno disuelto (mg/l) en la Dársena
Tibitoc S.A.
19
Figura 5. Perfiles verticales de Conductividad (μS/cm) y pH en la Dársena de Tibitoc S.A.
Estructura de la comunidad fitoplanctónica en la Dársena
Composición fitoplanctónica Dársena Tibitoc S.A.
La comunidad de fitoplancton de la Dársena de Tibitoc S.A. estuvo representada en su mayor
porcentaje por organismos pertenecientes a la clase Cyanophyceae con el 89% del total de los
organismos encontrados. En menor proporción se encontraron organismos de la clase
Chlorophyceae (7.3%), Crysophyceae, Euglenophyceae y Bacillariophyceae con densidades
inferiores al 2% (Figura 6). El morfotipo dominante fue Woronichinia sp. con un 51%, seguido
de Merismopedia sp con un 26% de la abundancia total.
0,50%7,46%
1,10%
88,97%
1,97%
Fito Dársena
Bacyllariophyceae Chlorophyceae Crysophyceae
Cyanophyceae Euglenophyeceae
Figura 6. Composición fitoplanctónica de la Dársena Tibitoc S.A.
20
La comunidad del fitoplancton en la Dársena presentó mayor densidad algal en zonas profundas,
en los puntos de BTN y Bombas (Figura 7) representada en su mayoría por organismos
pertenecientes al grupo Cyanophyceae. Por su parte, la zona superficial del centro de la Dársena
fue el punto que presentó los grupos algales Euglenophyceae y Chlorophyceae.
Figura 7. Densidad algal (cél/ml) en tres puntos de la dársena a diferentes profundidades (0m;
1,5m; 3m)
La diversidad de la comunidad fitoplanctónica en la dársena fue baja como lo señalaron los
índices de diversidad. La riqueza de especies estuvo entre 5 y 20 morfotipos (Tabla 1). El índice
de Shannon presentó valores inferiores a 1.56 nits por célula. El índice de Simpson presentó una
comunidad dominada tan sólo por uno a tres morfotipos. El punto con una mayor dominancia de
organismos en todas las profundidades fue el Centro de la Dársena.
21
Tabla 1. Índices de diversidad en la comunidad fitoplanctónica de la dársena de Tibitoc S.A.
Puntos Profundidades Shannon-Wiener Diversidad
Simpson
Riqueza
de
especies
BTN
Superficial 0,88 2,14 12
Media 0,52 1,48 5
Profunda 0,92 2,12 17
C.D.
Superficial 1,55 3,16 16
Media 1,30 2,23 20
Profunda 1,27 2,20 14
Bombas
Superficial 1,56 2,55 19
Media 1,08 1,73 12
Profunda 0,48 1,21 10
Manganeso en la Dársena
La concentración de Mn analizada en la Dársena el día de la caracterización limnológica,
presentó valores entre 0,057 y 0,114mg/l (Figura 8) que no alteran las condiciones organolépticas
del agua. Los valores mayores se presentaron en BTN, mientras las concentraciones de Mn en el
agua a diferentes profundidades fue menor en la estación de Bombas
22
Figura 8. Concentraciones de Mn (mg/l) en la Dársena Tibitoc S.A. en tres puntos de evaluación
y tres profundidades.
6.2. Experimentos de remoción de manganeso (Mn)
- Experimento con la comunidad de fitoplancton de la Dársena Tibitoc S.A.
Composición y densidades algales durante el experimento
La comunidad algal durante el experimento estuvo representada, en su mayor porcentaje por
organismos pertenecientes a la clase Chlorophyceae con el 80,6% del total de los organismos
encontrados. En menor proporción se encontraron organismos de la clase Bacillariophyceae y
Cyanophyceae (16,8%), Crysophyceae y Euglenophyceae con densidades menores a 1% (Figura
9). El morfotipo dominante fue Langerheimia sp. con un 60,1% seguido de Pandorina sp. con el
12,9%.
Las densidades de la comunidad fitoplanctónica en los diferentes tratamientos de adición de Mn
estuvieron entre 4538 y 78320 cél/ml a través de los días de evaluación. Los controles filtrados
presentaron a partir del día 2, densidades entre 1.8 y 30.2 cél/ml. El día 7, se observó un
crecimiento algal que superó las densidades de los tratamientos de la comunidad (89821 cél/ml);
debido a una posible contaminación o por desarrollo de los organismos que traspasaron el filtro.
23
Los análisis estadísticos determinaron que no hay diferencias significativas en las densidades del
fitoplancton entre los tratamientos de adición de Mn con la comunidad.
1,64%
80,67%
0,08%
16,83%0,78%
Bacillaryophyceae Chlorophyceae Crysophyceae
Cyanophyceae Euglenophyceae
Figura 9. Composición del fitoplancton en la comunidad durante el experimento.
Pigmentos fotosintéticos y parámetros fisiológicos
La clorofila-a, presentó valores entre 2,6 y 323,6 μg/l en los tratamientos de adición en la
comunidad algal y entre 0 y 143,3 μg/l en los tratamientos filtrados (Figura 10).
Durante los días de evaluación, se observó un incremento de clorofila-a en todos los tratamientos
a través del tiempo. En el tratamiento de adición de 0,5 mg/l, se presentaron los valores mayores
de clorofila-a en el día 7. En los tratamientos filtrados, se observaron valores muy bajos en los
días 0 y 2, y un incremento considerable hacia el día 7 por la contaminación con las algas.
Sin embargo, la prueba estadística Kruskall-Wallis, pudo establecer que no existieron diferencias
significativas entre los tratamientos (p= 0,46; n= 27), aunque sí se observaron diferencias en los
días de evaluación (p= 0,00002; n= 27) (Anexo 1).
24
Figura 10. Clorofila-a (µg/l) en los diferentes tratamientos con la comunidad fitoplanctónica (A)
y tratamiento filtrado (B).
Los valores totales de Clorofila-b, c, feofitina y la relación 480/665 para cada uno de los
tratamientos con la comunidad y los tratamientos filtrados a través de los días de evaluación se
observan en la Tabla 2. Se muestra una tendencia general de incremento de la clorofila b, c y
feofitina hacia el día 7 en todos los tratamientos. La relación 480/665 muestra valores que tienden
a ser superiores a 2, especialmente en el día 2 del experimento.
Tabla 2. Valores promedio de pigmentos accesorios en los tratamientos del experimento con la
comunidad
Estructura Días Tratamientos Cloro-b Cloro-c Feofitina 480 / 664
Comunidad
0 Control 0,0 0,0 6,4 1,5
2 Control 5,0 1,6 30,7 1,2
C1 3,0 2,4 14,6 1,4
C2 4,8 4,1 19,3 2,5
C3 4,7 3,7 22,3 2,0
7 Control 27,1 7,1 161,9 1,0
C1 32,7 4,9 202,4 0,8
C2 51,4 12,0 303,1 0,9
C3 75,4 11,1 431,4 0,7
Filtrados
0 F0 0,4 0,8 0,6 7,6
2 FC1 0,7 2,0 0,5 16,2
FC2 2,1 4,3 5,7 9,2
FC3 4,9 9,2 3,6 10,5
7 FC1 21,1 7,3 110,2 1,0
FC2 56,3 2,6 195,9 1,3
FC3 23,5 7,2 126,8 0,8
25
Remoción de manganeso por parte de la comunidad de Fitoplancton
Las adiciones de Mn en el agua presentan una reducción a través de los días de evaluación. La
mayor remoción por parte de la comunidad algal se presenta el día 7 (Figura 11A). En los
tratamientos filtrados, la remoción fue más baja en comparación con la comunidad teniendo en
cuenta que en este tratamiento, la biomasa de fitoplancton fue muy reducida antes de la
contaminación algal (Figura 11B).
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
Día 2 Día 7 Día2 Día 7 Día 2 Día 7 Día 2 Día 7
Control 0.071mg/l
0,15 mg/l 0.30 mg/l 0.50 mg/l
R1 R2 R3
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
F-Día2 F-Día7 F-Día2 F-Día7 F-Día2 F-Día7
0.15mg/l 0.30mg/l 0.50mg/l
R1 R2 R3
Figura 11. Concentración de Mn (mg/l) en el experimento con la comunidad fitoplanctónica de
la Dársena Tibitoc S.A. (A) y tratamientos filtrados (B).
El porcentaje de remoción de Mn por parte de la comunidad del fitoplancton se observa en la
Tabla 3. Acorde con los resultados, la mayor remoción se observó el día 7 en la concentración 1 y
2 (0,15 y 0,30 mg/l) que alcanza remociones superiores al 80%. Asimismo, Al comparar el
comportamiento de los tratamientos en el día 2, se observaron claras diferencias en la remoción
de manganeso (p=0,01; n= 20) (Figura 12).
26
C1
C2
C3
CRL
FC1
FC2
FC3
0 20 40 60 80 100
% Remoción
Tra
tam
ien
to
Figura 12. Porcentaje de remoción de Mn en tratamientos filtrados y con la comunidad algal de
la Dársena Tibitoc S.A. en el día 2
Acorde con el análisis gráfico (Median Notch) que establece el intervalo de confianza de la
mediana, se puede afirmar que los tratamientos de la concentración 1 y 2 difieren del control con
la concentración 3 frente a la remoción de manganeso. Se observa además, que en el día 2, las
concentraciones 1 y 2 ya habían alcanzado remociones cercanas al 70% (Tabla 3).
Tabla 3. Valores promedio de remoción de Mn en días de evaluación y coeficiente de variación
Tratamientos
Mn (mg/l) D2 D7
% C.V. % C.V.
control 62,4 5,2 31,9 101,9
0,15
70,4 18,0 88,0 1,3
0,30
69,4 3,3 89,6 0,6
0,50
63,2 5,7 53,6 67,0
Filtrados
0,15
19,1 31,6 56,0 54,0
0,30
12,3 74,8 76,7 14,5
0,50
42,9 7,8 56,4 37,7
27
Al comparar los tratamientos con la comunidad y los filtrados antes de la contaminación el día 2,
se encontraron diferencias significativas entre los tratamientos con algas frente a los tratamientos
filtrados (p= 0,018; n=20) (Figura 13A y B). Se encontró una relación significativa entre la
concentración 2 y las densidades algales (r= 0,72; p= 0,02; n=9).
Sin embargo, entre los días de evaluación no se encontraron diferencias significativas (p=0,31;
n= 24) (Figura 13C).
CRL
FC1
FC2
FC3
0 20 40 60 80 100
% Remoción
Tra
tam
ien
to
C1
C2
C3
CRL
0 20 40 60 80 100
% Remoción
Tra
tam
iento
A B
2
7
0 20 40 60 80 100
% Remoción
Día
C
Figura 13. Porcentaje de remoción de Mn en la comunidad algal (A) de la Dársena de Tibitoc
S.A. y tratamientos filtrados (B); comparación de porcentaje de remoción de Mn en días por parte
de la comunidad (C).
- Experimento con la población Spirogyra sp.
Pigmentos fotosintéticos y parámetros fisiológicos
La clorofila-a, presentó valores entre 558,97 y 1217,57 µg/l (Figura 14). A lo largo del
experimento, no se presentó un incremento significativo entre días (p= 0,27; n= 24) ni entre
tratamientos (p= 0,76; n= 24).
28
Figura 14. Clorofila-a de Spirogyra sp. en los días de evaluación (A) y en tratamientos (B).
La clorofila b, c y la feofitina presentaron valores relativamente homogéneos entre los
tratamientos y los días de evaluación (Tabla 4). Los valores de la relación 480/665, no presentó
valores superiores a 2, lo que indica que la población no se limitó por nitrógeno.
Tabla 4. Valores promedio de Clorofila b, c, feofitina y relación (480/664) en el experimento con
la población de Spirogyra sp.
Día Tratamiento Cloro-b Cloro-c Feofitina Relación
480/665
0 Control
317,6 0,0 47,2 1,0
2
Control 374,4 2,8 57,6 1,0
C1 345,2 3,0 53,7 1,0
C2 309,0 0,6 47,1 1,0
C3 346,4 4,5 53,7 1,0
7
Control 288,0 2,9 45,3 1,0
C1 278,4 9,0 45,7 1,1
C2 364,6 16,4 57,1 1,1
C3 321,6 14,7 49,9 1,1
29
Remoción de Mn por la población Spirogyra sp.
La población algal presenta una capacidad de remoción de Mn que aumenta a través de los días
de evaluación (Figura 15). La concentración del micro nutriente disminuye en el agua
especialmente el día 7 y alcanza valores traza o no detectables en el tratamiento de adición de
0,15 mg/l (C1). De acuerdo con la tabla 5, el porcentaje de remoción por parte de Spirogyra sp.
en los tratamientos fue en promedio 92% el día 7 bajo la adición menor de manganeso.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Inic
ial
Día
2
Día
7
Inic
ial
Día
2
Día
7
Inic
ial
Día
2
Día
7
Inic
ial
Día
2
Día
7
Control 0.04
(mg/l)
0.15 (mg/l) 0.30 (mg/l) 0.50 (mg/l)
R1 R2 R3
Figura 15. Concentración de Manganeso removido por parte de la población Spirogyra sp.
Las pruebas estadísticas señalan que no hubo diferencias significativas entre los tratamientos al
evaluar la remoción de Mn (p= 0,69; n= 24). Al considerar los días de evaluación, se encontraron
diferencias significativas (p=0,002; n= 24), puesto que la mayor remoción se lleva a cabo el día 7
en el experimento.
30
% Remoción
Tra
tam
iento
C1
C2
C3
Crl
30 40 50 60 70 80 90 100
% Remoción
Día
2
7
30 40 50 60 70 80 90 100
A B
Figura 16. Porcentaje de remoción de Mn por parte de Spirogyra sp.
A partir del análisis de la concentración de manganeso de los filamentos de Spirogyra sp. se
obtuvo una tasa de retención diaria donde se observó que el mayor valor promedio corresponde al
tratamiento con más alta adición del micro-nutriente (Tabla 5).
Tabla 5. Valores promedio del porcentaje y la tasa de remoción de Mn por la población de
Spirogyra sp. y coeficiente de variación.
Tratamiento Día 2 Día 7
Tasa
remoción /
Días
% C.V. % C.V.
Control 63.3 9.9 75.0 33.3 0,0008
0,1 (mg/l) 57.6 2.4 92.7 7.5 0,011
0,3 (mg/l) 49.9 4.5 87.4 3.1 0,017
0,50 (mg/l) 38.1 15.0 89.8 2.5 0,036
o (C.V.) Coeficiente de Variación
31
- Comparación de la remoción de manganeso Población vs. Comunidad
El crecimiento de Spirogyra sp. no fue afectado bajo ninguna de las adiciones de Mn. Mientras
que la comunidad algal de la dársena no mostró un crecimiento en el control sin adición del
micro-nutriente y en la más alta de las adiciones (0,50mg/l). Spirogyra sp. en algunas réplicas
alcanzó el 100% de remoción especialmente en C1 (0,15mg/l). Los resultados muestran según la
prueba Kruskall-Wallis (Figura 15) que no hay diferencias significativas entre la comunidad y la
población fitoplanctónica al momento de remover manganeso durante los días de evaluación en el
experimento (p= 0,78; n= 72). Sin embargo, la comunidad fue más eficiente, ya que teniendo
menor biomasa algal según la clorofila-a, pudo remover manganeso de igual manera que la
población fitoplanctónica que presentó mayor biomasa (Figura 16).
Comunidad
Población
0 20 40 60 80 100
% Remoción
Figura 15. Porcentaje de remoción de manganeso (Mn) en comunidad y población algal
32
Figura 16. Clorofila-a total en los tratamientos con la población y la comunidad algal durante el
experimento
7. Discusión
7.1 Caracterización limnológica de la Dársena
El día de la caracterización limnológica en la Dársena Tibitoc S.A., los perfiles verticales en la
columna de agua, muestran una condición de temperatura homogénea en los puntos muestreados;
así que debido a la poca profundidad y la frecuencia de la entrada de efluentes se favorece la
mezcla (29) siendo este caso el punto de Boca Toma Norte.
La concentración de oxígeno disuelto, presentó igualmente una distribución homogénea en BTN
y una acentuación a la estratificación vertical en CD y Bombas, debido a que en estos puntos de
mayor profundidad y por debajo de 4m hay una tendencia a la hipoxia dado que el diseño de la
dársena no favorece la mezcla de estas zonas más profundas, permitiendo una acumulación de
materia orgánica y consumo de oxígeno en el fondo (37). Así mismo, la fuerza del viento no es
suficiente para promover procesos de advección en los puntos profundos (30). Por otra parte, el
punto de Bombas a pesar de presentar a los 4 metros, una corriente inducida a fin de captar agua
para el tratamiento no se rompe la estratificación física y química.
La transparencia (disco Secchi) fue baja en los tres puntos de muestreo, lo que indica una alta
concentración de sólidos suspendidos en la columna de agua que impiden la penetración de luz a
la columna de agua (32). Esta condición, puede determinar valores bajos de oxígeno ya que la
Comunidad
Población
0 30
0 60
0 90
0 120
0 150
0 Clorofila-a
(µ/l))
33
limitación de luz, reduce la actividad fotosintética por parte del fitoplancton y a su vez, reduce la
generación de oxígeno en el agua (33). Por otra parte, el ingreso de materia orgánica por los
efluentes en la dársena reducen los niveles de oxígeno puesto que hay procesos de
descomposición en las zonas profundas del cuerpo de agua (37).
El pH presentó valores normales para las aguas naturales (38) con una tendencia a valores básicos
en la superficie y levemente ácidos hacia las zonas profundas por el aumento de materia orgánica
y procesos de descomposición que según la literatura, tienden a acidificar el agua en las zonas de
puntos más profundos (31).
El perfil de conductividad eléctrica tiende a ser homogéneo en la columna de agua aumentando
luego de 3m de profundidad. La variación de la conductividad está asociada a la mezcla y re-
suspensión de materia orgánica en las zonas profundas de la Dársena. Los valores obtenidos para
esta variable son propios de un ecosistema mesotrófico que se relaciona a la descomposición
(29).
La comunidad fitoplanctónica de la Dársena Tibitoc S.A. presentó valores altos en densidad, por
parte del grupo Cyanophyceae en el punto de Boca Toma Norte en las diferentes profundidades,
esto se relaciona a la disponibilidad de nutrientes en la columna de agua y la capacidad que tienen
los organismos algales a adaptarse a corrientes y turbulencias presentes. Estudios anteriores, han
encontrado que en ambientes tropicales y con disponibilidad de nutrientes, se pueden adaptar
diferentes tipos de organismos planctónicos, pero los organismos pertenecientes al grupo
Cyanophyceae predominan por ser capaces de regular su posición en la columna de agua como es
el caso de Woronichinia sp. que posee aerótopos (vacuolas de gas) y mucílago que permiten
aumentar su flotabilidad (42). Esto contrasta con las demás zonas de la dársena, donde los demás
organismos fitoplanctónicos presentes se adaptan bajo condiciones diferentes, es decir, el centro
de la Dársena al poseer más penetración de luz y nutrientes disponibles, favorecen la presencia de
los grupos Chlorophyceae y Euglenophyceae (33).
La concentración de manganeso evaluado en la Dársena Tibitoc S.A., fue mayor en el punto de
Boca Toma Norte debido a la entrada del afluente (Río Bogotá) que trae consigo micro-nutrientes
y materia orgánica. Los valores encontrados en la dársena (0,05 a 0,11 mg/l) para el día del
monitoreo son similares a otros cuerpos de agua poco profundos como el Humedal Juan Amarillo
34
en la ciudad de Bogotá cuyos valores estuvieron entre 0.04 a 0.16 mg/l en un año de monitoreo
(43). Así mismo, en el embalse Río-grande (Antioquia) presentó valores entre indetectables hasta
0.16 mg/l (44). El rango de los valores de manganeso encontrados en estos cuerpos de agua, se
asocia a la concentración disponible que hay de manganeso, dispuesto por la composición del
suelo y reacciones con el oxígeno disuelto en la columna de agua (35).
7.2. Experimento con la comunidad fitoplanctónica de la Dársena Tibitoc S.A.
En el experimento realizado con la comunidad fitoplanctónica de la dársena se analizó la
densidad algal y se observó una relación positiva en el aumento de clorofila que indica el correcto
metabolismo por parte del fitoplancton de la Dársena.
Los organismos fitoplanctónicos encontrados inicialmente en la dársena correspondieron a
Cyanophyceae. No obstante, las condiciones de luz y baja turbulencia principalmente,
permitieron la adaptación de organismos pertenecientes a Chlorophyceae cambiando así la
composición de la comunidad durante el experimento (39). La turbulencia, ha sido identificada
como un factor relevante en el desarrollo y dinámica de las comunidades algales sin embargo,
esta no interfiere con el metabolismo y productividad de los organismos como se observó en este
estudio (35).
La capacidad de acumulación y remoción de manganeso por parte de la comunidad de
fitoplancton es efectiva en concentraciones ideales de Mn como lo fueron (0,15 y 0,30mg/l), ya
que este micro-nutriente es esencial para la enzima del fotosistema II, pues las algas utilizan la
propiedad redox de Mn para el proceso de fotosíntesis (45). Sin embargo, se observó en la
comunidad algal de la dársena una baja remoción de manganeso en el control (0,07 mg/l) que se
explica según el estudio propuesto por Michael y colaboradores (9) donde se encontró que una
comunidad de algas requiere una concentración ideal de iones de Mn en el medio (1,7 *10-7
); lo
que indica que a bajas concentraciones de iones del micro-elemento (Mn) generalmente
(<0,5mM) las células se dividen más lentamente y a su vez se acumulará menos clorofila y
menos manganeso intracelular; así mismo, la densidad algal será menor (9), puesto que al haber
mayor densidad algal, puede haber mayor consumo y/o utilidad de macro y micro-nutrientes que
llevará a la disminución de éstos en el medio (37).
35
En este estudio, se encontró que el crecimiento celular puede ser mas lento no solo por bajas
concentraciones de manganeso en el medio, sino que hay baja remoción del micro-nutriente en
adiciones superiores a 0,30mg/l. Bender y colaboradores sugieren que la captación de manganeso
tiene un punto de saturación (14mg/l) (46). No obstante, aunque éste valor supera las
concentraciones de adición de manganeso en este estudio, se explica que hay saturación que
depende de la actividad metabólica de los organismos, ya que el manganeso puede ser captado
para la adhesión en la pared celular y regular el PSII, pero el Mn puede pasar de estado +2 a
oxidado por reacciones con micro-elementos presentes en el agua (41). Y puede ser tomado en
estado Mnox el cual no es viable para la célula a diferencia del Mn+2
(34). Si las algas toman el
manganeso en estado oxidado, se afirma que este puede afectar el sistema de captación por parte
de las algas (45).
Los tratamientos filtrados por su parte, alcanzaron una remoción de hasta 20% de las
concentraciones en el día 2, antes de la contaminación por algas. Esto es debido a las bacterias
que sobrepasaron el filtro. Las bacterias pueden oxidar el manganeso bajo condiciones de pH
neutro (7) encontrado en el estudio. El género de bacteria más común en agua dulce y capaz de
remover manganeso y otros micro-elementos es Leptothrix el cual pertenece a las bacterias con
vaina, estas vainas pueden estar formadas o ser recubiertas por óxido de manganeso así que dadas
las condiciones ideales de pH y concentraciones de micro-nutrientes ideales, ésta y otras bacterias
son la causa de remoción del manganeso en el agua (32).
La clorofila-a en el estudio con la comunidad algal de la Dársena, no se vio influenciada por las
adiciones del micro-nutriente agregadas dado que el manganeso permite la regulación en enzimas
del PSII. Sin embargo, en bajas concentraciones sí puede inhibir la actividad fotosintética de las
algas al reducir su crecimiento (38); la relación 465/480 utilizada como medida indirecta de
carotenoides y por ende limitación de nitrógeno (36), presentó un aumento en los valores (>2),
particularmente en el día 2, que se puede relacionar con el aumento de las densidades algales y
agotamiento de los macronutrientes. Sin embargo, para el día 7 no se observó esta limitación
probablemente por un reciclamiento del nitrógeno y el fósforo en el medio.
Teóricamente, los agregados celulares y colonias algales, tienen la capacidad de reaccionar frente
a adiciones de manganeso y otros micronutrientes. En el experimento se presentaron organismos
de este tipo aproximadamente 19 morfotipos, tales como Woronichinia, Scenedesmus,
36
Desmodesmus, Merismopedia, Eudorina, Pandorina, entre otros, que bajo condiciones adecuadas
de luz, temperatura y correcta tasa metabólica analizada mediante la clorofila-a, pueden
desempeñarse en la remoción de Mn. Una comunidad celular a diferencia de células individuales,
puede generar mayores reacciones en un microambiente (41).
7.3. Experimento con la población fitoplanctónica Spirogyra sp.
En el experimento realizado con la población de Spirogyra sp, se analizó la biomasa algal
mediante la concentración de clorofila-a, esta no se vio afectada por los tratamientos y adiciones
de manganeso a través de los días de evaluación. Esto se puede explicar según la literatura, por
una adaptación a las condiciones del medio en el experimento. Asimismo, la población al estar en
el medio Bristol enriquecido presentaba macro y micro nutrientes, por lo que la relación 480/665
no presenta un aumento en carotenoides y a su vez establece que no hay limitación de nitrógeno
(8).
Las concentraciones de manganeso analizadas en la población algal, se comparan con estudios
realizados con Scenedesmus subspicatus y Spirogyra aequinoctialis usados también para la
remoción de manganeso. En estos estudios, se concluye que el contenido intracelular de estos
organismos presentó bajas concentraciones de este nutriente (45). Esto se compara con los
filamentos algales de la población de Spirogyra sp, donde se observó una absorción, y se pudo
cuantificar una tasa de acumulación del micro-nutriente, superior en las adiciones de mayor
concentración (0.5 mg/l) .
Los valores de manganeso hallados en la población de este estudio, se comparan a los del estudio
con S. aequinoctialis, que reporta una acumulación de manganeso en concentraciones que van
desde 0,28 – 16,13 mg/l (8). Así que, las adiciones experimentales de este estudio fueron
captadas sin problemas por Spirogyra sp. La captación de metales en Spirogyra sp y otras algas
verdes, se explica por los complejos lipofílicos que captan micronutrientes usados para la
producción de mucílago y desarrollo de nuevas células. Así que, a más días de exposición en
micronutrientes disueltos en el agua, puede haber mayor densidad algal y a su vez, la capacidad
de retención y uso de manganeso aumenta sin alterar el flujo dinámico de una población o
comunidad algal (35).
37
7.4. Comparación experimental entre Comunidad y Población fitoplanctónica
Al comparar la capacidad de remoción de manganeso por parte de la comunidad algal de la
dársena y la población de Spirogyra sp. Se observó que tanto la comunidad como la población
son capaces de remover manganeso. No obstante, presentan diferencias a nivel fisiológico y a su
vez, diferencias frente a las concentraciones en que remueven Mn. A pesar que el fitoplancton en
comunidad y población utiliza este micro-nutriente para sus procesos de fotosíntesis, se presentan
diferencias en la captación y remoción del mismo (35).
La comunidad fitoplanctónica en el experimento que estuvo compuesta principalmente por
organismos pertenecientes a Chlorophyceae; demostró que las algas se deben adaptar al reciclado
interno de nutrientes puesto que se ve afectada la tasa de renovación y crecimiento celular (39).
Es decir, las colonias celulares no crecen en concentraciones bajas de manganeso (9). Esto
concuerda con los resultados, ya que la comunidad no presentó remoción en el control que venía
con agua de la dársena en concentración de 0,07mg/l. y en la mayor adición (0,5 mg/l) hubo una
saturación de Mn, por lo que se redujo la remoción. Sin embargo, luego de la adaptación al
medio, los organismos presentan el día 7 una remoción mayor. Acorde a esto, los estudios con
comunidades algales, han demostrado un tiempo de adaptación de 5 días, y se demuestra además
que las colonias son eficientes en la captación de micro-nutrientes como manganeso (41).
La población de Spirogyra sp, a pesar de la fase de adaptación a las adiciones de manganeso tiene
la capacidad de captar el micro-nutriente en todos los tratamientos. Knauer et al. demostró en su
estudio, la habilidad que tienen los organismos en cultivos algales para remover Mn, dado que ha
sido evaluada la tolerancia de las poblaciones incluso a metales pesados (35). Esto puede explicar
la remoción de manganeso a diferentes adiciones sin verse afectada su dinámica de crecimiento
(39).
La composición de la pared celular de Spirogyra sp tiene la capacidad de retener concentraciones
superiores a 10mg/l (8) mientras que la comunidad remueve manganeso de acuerdo al
crecimiento celular y adaptación al medio (45). La efectividad de remoción de Mn es de acuerdo
al uso que el fitoplancton le de al micro-nutriente, esto depende de factores fisiológicos como
tamaño celular, composición de pared celular y procesos de adsorción y absorción en el medio
(32).
38
Conclusiones
- La dársena de Tibitoc S.A., es un sistema que presenta un gradiente horizontal,
determinado por la influencia o entrada del río Bogotá. Donde el punto de ingreso del
afluente presenta condiciones de mezcla física que genera turbulencia. Asimismo se
presenta mayor concentración de manganeso (Mn) y densidades algales.
- La comunidad fitoplanctónica de la dársena estuvo dominada por algas del grupo
Cyanophyceae que dadas sus adaptaciones pueden sobrevivir en condiciones de
turbulencia y baja disponibilidad de luz.
- La comunidad algal representada por organismos del grupo Chlorophyceae presentaron
mayor eficiencia de remoción de Mn en concentraciones de 0,15 y 0,30 mg/l.
- La población de Spirogyra sp. presentó mayor biomasa algal por lo que puede tener
mayor capacidad de remoción de manganeso en todos los tratamientos.
- La comunidad y la población algales no se ven afectadas por las adiciones de manganeso,
aunque la comunidad fitoplanctónica presentó bajo crecimiento en concentraciones 0,04 y
0,50 mg/l.
- Los tratamientos con exclusión de algas presentaron remoción de manganeso aunque en
una baja proporción (en el día 2), posiblemente por el efecto de las bacterias que lo
utilizan en sus reacciones metabólicas o por la dinámica con otros elementos químicos.
- A pesar que la comunidad y la población algal son efectivas en la remoción de manganeso
en el agua; Spirogyra sp. presentó mayor capacidad de acumular y remover manganeso en
diferentes concentraciones a través de los días de evaluación.
- El fitoplancton a nivel de comunidad y población es efectivo para la remoción de
manganeso, por lo que puede ser usado como bio-filtro durante el tratamiento de
purificación del agua.
39
Recomendaciones
- Caracterizar limnológicamente la Dársena Tibitoc S.A. en forma periódica a fin de
conocer la dinámica de la comunidad algal y mantener las condiciones del posible bio-
filtro.
- Evaluar la actividad de las algas sobre las adiciones de manganeso en lapsos de tiempo
diarios u horarios, a fin de identificar con mayor precisión el efecto de la comunidad y la
población sobre las adiciones del micro-nutriente.
- Verificar si es posible la adaptación de Spirogyra sp. a las condiciones químicas y físicas
de la Dársena, a fin de lograr adecuar el alga para que pueda ser utilizada como bio-filtro
de Manganeso.
- Realizar experimentos de adición de manganeso con poblaciones y comunidades de algas
en meso-cosmos y tanques de mayor volumen para verificar la efectividad del uso de
estos tratamientos de bio-remediación.
- Evaluar y comparar la capacidad de remoción de Mn por parte de otras poblaciones
algales bajo las mismas condiciones de laboratorio.
- Evaluar la capacidad de tolerancia por parte de las algas frente al micro-nutriente hasta
hallar la dosis letal.
- Analizar el efecto de las bacterias y otros micro-elementos en el agua que pueden ser
capaces de reaccionar y remover Mn.
- Evaluar en experimentos de remoción con algas, los estados químicos en los que se
encuentra el manganeso en el agua, a fin de reconocer el estado del micro-nutriente que
puede ser usado por los organismos.
- Controlar la biomasa algal, para comprobar la eficiencia de la comunidad y la población
algal en la remoción de Mn.
40
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45
Anexos estadísticos
Anexo 1
Valores estadísticos de la Clorofila-a en el experimento con la comunidad a través de los días de
evaluación.
Kruskal-Wallis Test for CloroA by Dia
Dia Sample Size Average Rank
0 3 2.0
2 12 9.5
7 12 21.5
Test statistic = 21.4286 P-Value = 0.0000222252
Figura. Clorofila-a en la Comunidad algal a través
de los días de evaluación.
Anexo 2
Valores de porcentaje de remoción de Mn en día 2 por parte de la comunidad algal
Figura. Porcentaje de remoción de Mn por parte
de la comunidad algal en día 2
Kruskal-Wallis Test for % Remoción Mn D2 by Tratamiento
Tratamiento Sample Size Average Rank
C1 3 8.66667
C2 3 9.16667
C3 3 6.16667
CRL 3 2.0
Test statistic = 7.47535 P-Value = 0.058
0
2
7
0 100 200 300 400
Clorofila- a
Día
C1
C2
C3
CRL
33 43 53 63 73 83
% Remoción Mn D2
Tra
tam
ien
to
46
Anexo 3
Porcentaje de remoción de Mn en los días de evaluación por tratamientos con la comunidad
Kruskal-Wallis Test for Remoción by Día
Día Sample Size Average Rank
2 12 11.0417
7 12 13.9583
Test statistic = 1.02306 P-Value = 0.311793
Figura. Porcentaje de remoción a través de los días
de evaluación en tratamientos con la comunidad
Anexo 4
Valores de porcentaje de remoción de Mn por parte de Spirogyra sp. en días de evaluación
Kruskal-Wallis Test for Remoción by Día
Día Sample Size Average Rank
2 12 8.16667
7 12 16.8333
Test statistic = 9.02118 P-Value = 0.00266773
Figura. Porcentaje de remoción por parte de la
población algal en días de evaluación
% Remoción
Día
2
7
30 40 50 60 70 80 90 100
2
7
0 20 40 60 80 100
Día
% Remoción
47
% Remoción
Tra
tam
ien
to C1
C2
C3
Crl
31 41 51 61 71
Anexo 5
Valores de remoción de manganeso en los tratamientos por parte de la población algal.
Figura. Porcentaje de remoción Mn en tratamientos
con la población algal
Kruskal-Wallis Test for Remoción by Tratamiento
Tratamiento Sample Size Average Rank
C1 3 8.66667
C2 3 5.0
C3 3 2.0
Crl 3 10.3333
Test statistic = 9.66667 P-Value = 0.0216221
48
Foto 01: Scenedesmus sp. (40x)
Foto 03: Coelastrum sp. (40x)
Foto 05: Monoraphidium sp. (40x)
Foto 02: Diatomea sp. (40x)
Foto 04: Selenastum sp. (40x)
Foto 06: Spirogyra sp. (40x)
49
Foto 07: Crucigenia sp. (40 x)
Foto 09: Oscillatoria sp. (40x)
Foto 11: Pandorina sp. (40 x)
Foto 08: Closterium sp 2. (40x)
Foto 10: Synura sp. (40 x)
Foto 12: Diatomea sp. (40x)
50
Foto 13: Euglena sp 1. (40 x)
Foto 15: Selenastrum sp. (40x)
Foto 17: Woronichinia sp. (40x)
Foto 14: Chlorococcales (40x)
Foto 16: Trachelomonas sp. (40x)
Foto 18: Diatomea sp. (40x)
51
Foto 19: Euglena sp. (40x)
Foto 21: Scenedesmus quadricauda Sp. (40x)
Foto 23: Diatomea sp. (40x)
Foto 20: Trachelomonas sp. (40x)
Foto 22: Merismopedia sp. (40x)
Foto 24: Scenedesmus sp. (40x)
52
Foto 25: Closterium sp1. (40x)
Foto 27: Woronichinia sp. (40x)
Foto 29: Spirogyra sp. (40x)
Foto 26: Scenedesmus sp. (40x)
Foto 28: Scenedesmus sp. (40x)
