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  BIOINDICADORES DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Evaluación de la Calidad Ambiental FEBRERO DE 2015 ROBERTO AGUILAR Y ENCARNACIÓN MORENO Máster en Ingeniería Ambiental

Trabajo Bioindicadores de La Contaminación Atmosférica. Robero Aguilar y Encarnación Moreno

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Bioindicadores

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  • BIOINDICADORES DE LA CONTAMINACIN

    ATMOSFRICA Evaluacin de la Calidad Ambiental

    FEBRERO DE 2015 ROBERTO AGUILAR Y ENCARNACIN MORENO

    Mster en Ingeniera Ambiental

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    ndice

    1. Introduccin .......................................................................................................................... 1

    1.1 Contaminacin atmosfrica .......................................................................................... 1

    1.2 Principales contaminantes atmosfricos ...................................................................... 1

    1.3 Efectos de la contaminacin atmosfrica ..................................................................... 5

    1.3.1 Efectos sobre la salud humana.............................................................................. 5

    1.3.2 Efectos sobre las plantas ....................................................................................... 6

    1.3.3 Efectos sobre los materiales ................................................................................. 7

    1.3.4 Efectos sobre visibilidad ........................................................................................ 7

    1.3.5 Efectos globales ..................................................................................................... 7

    2. Calidad del Aire ..................................................................................................................... 8

    2.1 Mtodos de evaluacin de la Calidad del Aire ............................................................ 10

    3. Bioindicadores ..................................................................................................................... 11

    3.1 Definicin .................................................................................................................... 11

    3.2 . Tipos de Bioindicadores ............................................................................................ 16

    3.2.1 Criterio de cuantificacin de la respuesta ........................................................... 16

    3.2.2 Criterio de sensibilidad frente a los estmulos ambientales ............................... 16

    3.2.3 Criterio de la forma de la respuesta a los estmulos: .......................................... 17

    3.3 Ventajas y limitaciones: ............................................................................................... 17

    3.4 Biomonitorizacin ....................................................................................................... 19

    3.5 Estudios pioneros de biomonitorizacin ..................................................................... 19

    3.5. Bioindicadores/Biomonitores frente a mtodos tradiciones de monitorizacin de la

    contaminacin Atmosfrica. ................................................................................................... 20

    3.6 Requisitos y Caractersticas para la eleccin de un bioindicador/biomonitor. ........... 21

    3.7 Tipos de biomonitorizacin. ........................................................................................ 22

    3.7.1 Metales pesados ................................................................................................. 22

    3.7.2 COVs, Hidrocarburo, NOx y SOx ........................................................................... 23

    3.8 Lquenes como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica ................................ 24

    3.9 Musgos como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica .................................. 27

    3.10 Cortezas de rboles como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica .............. 29

    4. Panorama Actual ................................................................................................................. 29

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    5. Proyecto Eurobionet ........................................................................................................... 32

    6. Estudio de Bioindicadores en Andaluca ............................................................................. 34

    7. Conclusiones........................................................................................................................ 35

    8. Bibliografa .......................................................................................................................... 36

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    1. Introduccin

    1.1 Contaminacin atmosfrica

    La contaminacin atmosfrica se ha definido como la acumulacin en el aire de sustancias

    en concentraciones tales que provoquen daos reversibles o permanentes a seres vivos

    (Caselli, 1995). La composicin normal del aire atmosfrico seco segn el Handbook of Air

    Pollution se muestra en la tabla 1.

    Atendiendo a su origen, se puede distinguir dos tipos de fuentes de contaminacin:

    naturales, consecuencia de volcanes e incendios naturales, y artificiales o antropognicas. Las

    emisiones de origen natural son ms elevadas a nivel global, mientras que las de origen

    humano lo son a nivel local o regional.

    Sustancia % en volumen Concentracin

    Nitrgeno 78,084 0,004 780,9

    Oxgeno 20,946 0,002 209,4

    Argn 0,934 0,001 9,3

    Dixido de Carbono 0,033 0,001 315

    Nen - 18

    Helio - 5,2

    Metano - 1,2

    Criptn - 0,5

    Hidrgeno - 0,5

    Xenn - 0,08

    Dixido de Nitrgeno - 0,02

    Ozono - 0,01-0,04

    Tabla 1: Composicin Qumica del Aire seco

    1.2 Principales contaminantes atmosfricos

    Un contaminante atmosfrico se puede definir como partculas slidas o lquidas, gases y

    vapores, sustancias olorosas o cualquier combinacin de las mismas, que se puedan encontrar

    en la atmsfera y las cuales no forman parte de la composicin normal del aire (Wark y

    Warner, 2001).

    Cuando un componente del aire se encuentra en valores de composicin diferentes a los

    presentados en la tabla 1 (o no est presente en ella) se les denomina como contaminantes

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    atmosfricos. Cabe destacar que los efectos perjudiciales de los contaminantes del aire no son

    equivalentes a la cantidad en la que estos se encuentran presentes, ya que un contaminante

    puede ser ms perjudicial que otro a la misma concentracin.

    Cuando se habla de clasificacin de los contaminantes se pueden especificar tres formas:

    Clasificacin segn su naturaleza fsica, en la cual se distinguen contaminantes slidos,

    lquidos o gaseosos.

    Clasificacin segn su composicin qumica, encontrando material particulado,

    compuestos de azufre, compuestos de nitrgeno, compuestos orgnicos, compuestos

    halogenados, entre otros.

    Clasificacin segn su formacin, en la cual se encuentran los contaminantes

    primarios que son emitidos directamente a la atmsfera y afectan la calidad del aire sin sufrir

    ninguna modificacin qumica, y los contaminantes secundarios que son los que han sufrido

    cambios qumicos o son el producto de la reaccin entre dos o ms contaminantes primarios.

    Un ejemplo de contaminantes primarios son los comnmente evaluados en calidad del aire

    que incluyen material particulado, dixido de azufre, xidos de nitrgeno, hidrocarburos y

    monxido de carbono, mientras que un ejemplo de contaminantes secundarios son los cidos

    ntrico y sulfrico, caractersticos del fenmeno de lluvia cida.

    En la Figura 1 se resumen los procesos que sufren los tras ser emitidos por la fuente y los

    sectores afectados por la contaminacin. En esta figura se observan dos trminos importantes,

    emisin e inmisin de contaminantes. El primero se refiere a la descarga directa a la atmsfera

    de un contaminante mediante una fuente mvil o fija, mientras que la inmisin, proceso

    contrario a la emisin, hace referencia a la transferencia de los contaminantes de la atmsfera

    hasta un receptor, siendo el aire inmiscible el aire respirable por receptores como los seres

    humanos.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    Figura 1: Comportamiento de los contaminantes atmosfricos a partir de su emisin

    A continuacin se describen los contaminantes objeto de estudio para la evaluacin de la

    calidad del aire:

    Partculas en suspensin (PS): abarcan un amplio intervalo de slidos y lquidos,

    sutilmente divididos que pueden estar dispersos en el aire. Las partculas menores de 10 m

    constituyen la fraccin respirable (PM10), que por su tamao pueden llegar a los alvolos

    pulmonares provocando problemas respiratorios. (Bravo, 1987; Rivero-Serrano et al., 1993).

    Producto de la quema de combustibles fsiles (carbn y derivados del petrleo), cenizas de

    erupciones volcnicas, incendios forestales y quemas de residuos, polvos de procesos

    industriales (orgnicos e inorgnicos) y erosin elica.

    Metales pesados: Los metales son elementos qumicos que generalmente se hallan

    presentes en la atmsfera en muy bajas concentraciones. Una de las consecuencias ms graves

    de la presencia de metales txicos en el ambiente es que no son degradados, ni qumica ni

    biolgicamente, por la naturaleza, lo que origina su persistencia en ella. Esta persistencia lleva

    a la amplificacin biolgica de los metales en las cadenas trficas. Como consecuencia de este

    proceso, las concentraciones de metales en los miembros superiores de la cadena pueden

    alcanzar valores muy superiores a los encontrados en la atmsfera. Entre los metales txicos

    ms importantes por sus efectos sobre la salud del ser humano estn el mercurio (Hg) y el

    plomo (Pb). La cantidad de plomo en el aire ha experimentado un marcado aumento como

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    consecuencia de las actividades humanas, siendo las concentraciones de plomo en las reas

    urbanas de 5 a 50 veces superiores que en las reas rurales.

    Dixido de Azufre (SO2): Es un gas incoloro e inflamable que a concentraciones mayores

    de 3 ppm tiene un produce irritacin en la mucosa respiratoria. El dixido de Azufre proviene

    de los procesos de combustin (debido al contenido de azufre del combustible), de las plantas

    de fabricacin de cido sulfrico, de la fabricacin de fertilizantes, de las industrias

    metalrgicas, procesos de desulfuracin y otros. La principal accin contaminante del SO2 es su

    capacidad de oxidarse en presencia de la luz solar y de oxidantes para convertirse en SO3,

    combinndose con agua para originar nieblas de cido sulfrico (lluvia cida) las cuales

    producen deterioro en la vida vegetal, en los materiales y tienen un efecto perjudicial en la

    salud de los seres humanos. El SO2 tiene incidencia en las enfermedades cardiorrespiratorias.

    Hidrocarburos (HC): Los hidrocarburos son contaminantes primarios y estn compuestos

    de carbono e hidrgeno. Entre estos tipos de compuestos, se encuentran los hidrocarburos

    aromticos, las olefinas y las parafinas. Estos compuestos son emitidos por el procesado y

    utilizacin del petrleo y sus derivados (Corbitt, 2003). Si bien no se han encontrado evidencias

    de efectos directos sobre la salud, se reconoce que la exposicin a ciertos tipos de

    hidrocarburos puede llegar a la generacin de cncer. Sin embargo, tanto los efectos en el

    ambiente como en la salud, varan dependiendo del tipo de compuesto; estos compuestos son

    los responsables del denominado smog fotoqumico.

    Monxido de Carbono (CO): Es un gas incoloro e inodoro el cual proviene de la

    combustin incompleta y en mayor grado, de las emisiones de los tubos de escape de

    vehculos con motores de gasolina. El CO es el gas contaminante ms abundante en la capa

    inferior de la atmsfera. El CO a concentraciones mayores de 750 ppm puede causar la

    muerte, ya que al combinarse con la hemoglobina de la sangre disminuye su capacidad de

    ejercer la funcin de transporte de oxgeno.

    Dixido de Carbono (CO2): El dixido de carbono no es considerado contaminante dentro

    de ciertos lmites; sin embargo, en la actualidad se le presta atencin debido a que sus grandes

    emisiones estn generando alteraciones importantes sobre el efecto invernadero y el cambio

    climtico.

    xidos de Nitrgeno (NOx): Existen seis xidos de nitrgeno de los cuales el monxido de

    nitrgeno (NO) y el dixido de nitrgeno (NO2) son importantes contaminantes del aire los

    cuales provienen principalmente de los vehculos y tambin de los procesos de combustin de

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    fuentes fijas. El monxido de nitrgeno (NO) es un gas incoloro el cual por lo general se

    encuentra por debajo de los niveles de toxicidad biolgica, pero cuando se pone en contacto

    con oxgeno es precursor en la formacin del dixido de nitrgeno y contribuye a la formacin

    de oxidantes en la contaminacin fotoqumica. El dixido de nitrgeno (NO2) es un gas rojizo,

    oxidante y txico el cual al combinarse con la humedad de la atmsfera reacciona para formar

    cido ntrico siendo as un contribuyente de la lluvia cida. El riesgo ambiental del NO2 est

    asociado principalmente con los efectos en los pulmones (respiratorios).

    Oxidantes Fotoqumicos: Son todas aquellas sustancias capaces de oxidar el ion yoduro

    del yoduro de potasio, entre ellos estn el ozono (O3), nitrato de peroxiacetilo (NPA), nitrato

    de peroxibencilo (NPB), los compuestos orgnicos voltiles (COVs), y otras sustancias como los

    aldehdos y cetonas. Su presencia en la atmsfera se debe principalmente a los escapes de

    vehculos automotores y su formacin como contaminantes secundarios por reacciones

    fotoqumicas. Los oxidantes causan irritacin en los ojos, nariz y garganta, aumento en la

    resistencia a la respiracin, daos a la vegetacin y pueden causar daos a los materiales

    (reaccionan con los materiales como el hule o la goma) (Quadri de la Torre & Snchez Catao,

    1994).

    Otros compuestos a tener en cuenta en la calidad del aire son los compuestos

    halogenados, las dioxinas, etc.

    1.3 Efectos de la contaminacin atmosfrica

    Los efectos producidos por la contaminacin atmosfrica dependen principalmente de la

    concentracin de contaminantes, del tipo de contaminantes presentes, del tiempo de

    exposicin y de las fluctuaciones temporales en las concentraciones de contaminantes, as

    como de la sensibilidad de los receptores y los sinergismos entre contaminantes. Hay que

    tener muy en cuenta la graduacin del efecto a medida que aumentan la concentracin y el

    tiempo de exposicin. Atendiendo al sistema afectado, es posible distinguir:

    1.3.1 Efectos sobre la salud humana

    Las relaciones existentes entre las enfermedades humanas y la exposicin a la

    contaminacin no son sencillas ni se conocen con exactitud. No obstante, existen pruebas

    abundantes de que en general, las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire son

    peligrosas para los seres humanos y animales.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    Figura 2 : Efectos contaminantes sobre la salud

    1.3.2 Efectos sobre las plantas

    Las plantas muestran una especial sensibilidad a la mayor parte de los contaminantes del

    aire y sufren daos significativos a concentraciones mucho ms bajas que las necesarias para

    causar efectos perjudiciales sobre la salud humana y animal. Los efectos producidos por la

    contaminacin atmosfrica se pueden manifestar por la alteracin de diversos mecanismos

    vitales de las plantas. Si la accin del contaminante es muy fuerte puede llegar a paralizar el

    crecimiento de la planta.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    Figura 3: contaminacin en las plantas.

    1.3.3 Efectos sobre los materiales

    Cada vez se est prestando ms atencin, tanto por sus repercusiones econmicas como

    por los daos irreparables que causa sobre los objetos y los monumentos de alto valor

    histrico-artstico, a los efectos que la contaminacin atmosfrica produce sobre los

    materiales.

    La accin de los contaminantes atmosfricos sobre los materiales puede manifestarse por

    la sedimentacin de partculas sobre la superficie de los mismos, afeando su aspecto externo,

    o por ataque qumico al reaccionar el contaminante con el material.

    1.3.4 Efectos sobre visibilidad

    La presencia de contaminantes en la atmsfera produce la absorcin y dispersin de la luz

    solar, acompaados de una notable reduccin de la visibilidad. Los aerosoles de tamaos

    comprendidos entre 1.4 y 0.8 micras son los que tienen una mayor influencia en la dispersin

    de la luz solar, debido a la proximidad de su tamao a la longitud de onda de la luz visible.

    1.3.5 Efectos globales

    - Efectos sobre los ecosistemas: tanto las modificaciones de las caractersticas de los suelos,

    debidas al lavado de los elementos del mismo por las lluvias cidas, como los cambios

    producidos en las grandes masas de agua por el aumento de la concentracin de metales

    txicos, pueden tener consecuencias ecolgicas irreversibles. En la actualidad, ms de

    18.000 lagos estn acidificados. La acidificacin de las aguas interiores tiene efectos muy

    graves sobre los ecosistemas acuticos. Se ha demostrado que todos los tipos de

    organismos integrantes de los ecosistemas de agua dulce son sensibles a la acidificacin,

    producindose cambios en todos los niveles trficos. Los suelos presentan, por lo general,

    una mayor resistencia a la acidificacin que el agua. No obstante, el grado de sensibilidad

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    puede variar muy ampliamente de unas zonas a otras dependiendo, principalmente, del

    espesor de la capa de humus, de la consistencia del sustrato, as del tipo de rocas y suelo.

    - Efectos sobre el clima: El incremento de la concentracin del CO2 en la atmsfera puede

    alterar la temperatura de la Tierra debido a que el CO2 es transparente a la radiacin solar

    recibida del sol, dejndola pasar libremente, pero absorbe la radiacin infrarroja emitida

    desde la tierra. Se estima que de duplicarse la concentracin actual de CO2 en la

    atmsfera, podra aumentar en dos o tres grados centgrados la temperatura de la misma.

    Las partculas finas tienen una doble accin sobre la radiacin solar: por una parte,

    difunden la luz incidente y, por otra, absorben una parte de esta radiacin, lo que produce

    un calentamiento de las partculas y la emisin de radiacin infrarroja.

    Otro tipo de contaminantes vertidos a la atmsfera que pueden afectar el clima son los

    clorofluorocarbonos, debido a su accin sobre la capa de ozono provocando la destruccin

    de esta.

    2. Calidad del Aire

    En la mayora de los pases industrializados se han establecido valores mximos de

    concentracin admisible para los contaminantes atmosfricos ms caractersticos. Estos

    valores se han fijado a partir de estudios tericos y prcticos de los efectos que sobre la salud

    tiene la contaminacin al nivel actual y los que puede alcanzar en el futuro. Los efectos se

    basan principalmente en el examen de factores epidemiolgicos.

    En la mayora de los pases, las normas de calidad del aire tienen como objetivo inmediato

    el evitar enfermedades y fallecimientos en aquellos subgrupos de la poblacin ms sensibles.

    Hay que tener en cuenta que el objetivo a largo plazo ha de ser de proteccin contra todo

    posible efecto sobre la salud del hombre, incluidas las alteraciones genticas y somticas.

    Generalmente, la calidad del aire se evala por medio de los denominados niveles de

    inmisin, que vienen definidos como la concentracin media de un contaminante presente en

    el aire durante un periodo de tiempo determinado. La unidad en que se expresan

    normalmente estos niveles son microgramos de contaminante por metro cbico de aire,

    medidos durante un periodo de tiempo determinado.

    La calidad del aire viene determinada por la presencia en la atmsfera de sustancias

    contaminantes, que pueden ser gases o partculas y aerosoles. La proteccin de la atmsfera y

    de la calidad del aire pasa por la prevencin, vigilancia y reduccin de los efectos nocivos de

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

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    dichas sustancias contaminantes sobre la salud y el medio ambiente en su conjunto. Para ello,

    la normativa vigente en materia de calidad del aire establece unos objetivos de calidad del

    aire, o niveles (concentraciones o depsitos) de contaminantes en la atmsfera que no deben

    sobrepasarse.

    En las zonas de media se evala la calidad del aire para los contaminante dixido de

    azufre (SO2), dixido de nitrgeno y xidos de nitrgeno (NO2, NOX), partculas (PM10 y PM2,5),

    plomo (Pb), benceno (C6H6), monxido de carbono (CO), arsnico (As), cadmio (Cd), nquel (Ni),

    benzo(a)pireno (B(a)P) y ozono (O3).

    Dicha evaluacin se efecta considerando diversos objetivos de calidad del aire. Se

    distingue entre:

    Objetivos para la proteccin de la salud (valores lmite): definidos para SO2, NO2, partculas

    PM10 y PM2,5, plomo, benceno y CO.

    Objetivos para la proteccin de la salud (valor objetivo, objetivo a largo plazo): definidos para

    partculas PM2,5, arsnico, cadmio, nquel, B(a)P y ozono.

    Objetivos para la proteccin de la vegetacin (niveles crticos): definidos para SO2 y NOX.

    Se entiende por valor lmite aquel fijado basndose en conocimientos cientficos, con el

    fin de evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos para la salud humana, para el medio

    ambiente en su conjunto y dems bienes de cualquier naturaleza que debe alcanzarse en un

    perodo determinado y no superarse una vez alcanzado.

    El valor objetivo es el nivel de un contaminante que deber alcanzarse, en la medida de lo

    posible, en un momento determinado para evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos sobre

    la salud humana, el medio ambiente en su conjunto y dems bienes de cualquier naturaleza.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    10

    Tabla 2. Principales contaminantes atmosfricos y umbrales de Alerta

    A su vez, el objetivo a largo plazo es el nivel de un contaminante que debe alcanzarse a

    largo plazo, salvo cuando ello no sea posible con el uso de medidas proporcionadas, con el

    objetivo de proteger eficazmente la salud humana, el medio ambiente en su conjunto y dems

    bienes de cualquier naturaleza.

    Finalmente, el nivel crtico es aquel fijado con arreglo a conocimientos cientficos por

    encima del cual pueden producirse efectos nocivos para algunos receptores como las plantas,

    rboles o ecosistemas naturales pero no para el ser humano.

    2.1 Mtodos de evaluacin de la Calidad del Aire

    - Mediciones fijas: se trata de mediciones efectuadas en emplazamientos fijos, bien de

    forma continua, bien mediante un muestreo aleatorio, con el propsito de determinar los

    niveles de conformidad con los objetivos de calidad de los datos establecidos por la

    legislacin (Incertidumbre, recogida mnima de datos y cobertura mnima temporal).

    - Mediciones indicativas: Mediciones cuyos objetivos de calidad de los datos en cuanto a

    cobertura temporal mnima son menos estrictos que los exigidos para las mediciones fijas,

    pero satisfacen todos los dems objetivos de calidad de los datos establecidos por la

    legislacin.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    11

    - Modelizacin: Herramientas matemticas que simulan el comportamiento de la atmsfera

    para determinar los niveles de un determinado contaminante en la misma. En general, los

    modelos parten de informacin meteorolgica, topogrfica, de fuentes de emisin y de

    mediciones del contaminante, y simulan el transporte por el viento, la dispersin debida a

    la turbulencia, las reacciones qumicas del contaminante en la atmsfera, as como el

    depsito (por va seca y hmeda) de los contaminantes.

    3. Bioindicadores

    Aunque las mediciones de contaminantes por mtodos fsicos y qumicos son muy

    importantes, no permiten obtener conclusiones sobre los efectos que determinadas

    concentraciones de contaminantes tienen sobre los seres vivos. Para ello, se utilizan los

    llamados bioindicadores, que complementan a los citados mtodos fsico qumicos, y aportan

    informacin sobre los efectos de la contaminacin en los organismos (Klumpp et al. 2004).

    Las plantas, adems de otros organismos, responden de diferentes maneras a estmulos

    externos y a los contaminantes atmosfricos. Es por esta razn por la que pueden utilizarse

    como indicadores de la actividad biolgica de los contaminantes atmosfricos, ya que son

    sensibles a estos, proporcionando respuestas caractersticas ante la presencia de cada uno de

    ellos.

    El uso de los bioindicadores para medir los efectos de la contaminacin atmosfrica es

    actualmente uno de los pilares en la gestin de la calidad del aire en todo el mundo, utilizando

    organismos vivos para estimar el riesgo de la contaminacin ambiental sobre los ecosistemas

    y la salud humana.

    Mltiples mtodos de bioindicacin, biomonitoreo y bioensayos han sido desarrollados en

    las ltimas dcadas, llegando a ser una herramienta rutinaria de diagnstico, monitoreo y

    gestin en las entidades ambientales.

    3.1 Definicin

    Se entiende como Bioindicadores a aquellos organismos o comunidades de ellos que

    pueden responder a la contaminacin ambiental mediante alteraciones en su fisiologa o a

    travs de su capacidad para acumular contaminantes (Pignata 2003), y a los cuales, se les

    atribuyen la medicin de los efectos de la contaminacin al ofrecer informacin sobre los

    riesgos para otros organismos, ecosistemas y para los humanos.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    12

    Un organismo se considera bioindicador cuando presenta alguna reaccin que puede ser

    identificada frente a diferentes grados de alteracin del medio, por ejemplo frente a la

    contaminacin del aire. Muchas especies son incapaces de adaptarse ecolgica o

    genticamente a la condicin ambiental alterada, de modo que su ausencia es, de hecho, un

    indicio del problema. Su comportamiento ante dichas condiciones difiere del natural en

    aspectos tales como hbito, fisiologa, demografa y relaciones con otros organismos (Garca y

    Rubiano 1984).

    Paralelamente al concepto de bioindicador surge el concepto de bioacumulador, mientras

    que el primero de ellos presenta efectos visibles tras ser expuesto a contaminacin, en los

    bioacumuladores esto no ocurre, sino que se produce la acumulacin del contaminante en su

    estructura.

    No todos los microorganismos, procesos biolgicos, especies o comunidades son

    bioindicadores de la contaminacin atmosfrica, slo se consideran como tales aquellos que

    puede utilizarse para determinar la calidad del ambiente y los cambios producidos con el

    tiempo.

    Generalmente se consideran cambios en el medio ambiente a las perturbaciones

    atribuidas a los humanos (por ejemplo las emisiones de una central de produccin de energa),

    y a estresores naturales (sequias, heladas, etc.), aunque los estresores antropognicos son los

    focos primarios en las investigaciones de bioindicacin.

    La respuesta de cada organismo est fuertemente influenciada por las condiciones fsicas

    de la atmsfera (temperatura, humedad, vientos y radiacin), as como por las condiciones

    fisiolgicas y nutricionales (Marcelli y Seaward 1998).

    Los factores fsicos, qumicos y biolgicos (sustrato, temperatura, composicin,

    competencia) varan entre ambientes, y con el tiempo las poblaciones desarrollan estrategias

    para maximizar su crecimiento y reproduccin dentro de unos rangos especficos ambientales.

    Sin embargo, la tolerancia de las especies a dichos cambios vara, presentando unas

    condiciones ptimas para su utilizacin como bioindicador aquellas con una tolerancia

    moderada tal y como se aprecia en la figura 4. Fuera de este rango de tolerancia o del

    ambiente ptimo del individuo, su fisiologa o comportamiento puede ser afectado

    negativamente, reduciendo su condicin fsica general, interrumpiendo la dinmica de la

    poblacin y alterando la comunidad como un todo.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    13

    Figura 4: Comparacin de tolerancias ambientales de (a) Bioindicadores (b) especies raras, y (c)

    especies ubicuas.

    Las especies bioindicadoras puntualizan las condiciones ambientales por su moderada

    tolerancia a la variabilidad del entorno. Sin embargo, especies raras con estrechas tolerancias

    son demasiadas sensibles o poco encontradas como para reflejar una respuesta general

    bitica. Especies ubicuas con amplios rangos de tolerancia son menos sensibles a los cambios

    ambientales no aportando por ello una elevada informacin sobre los cambios ambientales

    producidos.

    El uso de bioindicadores no est restringido a una sola especie con una limitada tolerancia

    ambiental. Comunidades enteras que abarcan una amplia gama de tolerancias ambientales

    pueden servir como bioindicadores y representar las mltiples fuentes de datos para evaluar

    las condiciones ambientales en un enfoque multimtrico o mediante un ndice Bitico.

    Asimismo, procesos biolgicos en un mismo individuo tambin pueden actuar como

    bioindicadores.

    Por ejemplo, la trucha de garganta cortada, habita las corrientes de agua fra occidentales

    de los Estados Unidos. La mayor parte de los individuos tienen una tolerancia trmica superior

    a 20-25C; as, su sensibilidad a las temperaturas puede ser usada como un indicador de la

    temperatura de agua. El sobrepastoreo, la combustin y la tala son tpicos ejemplos de las

    perturbaciones causadas por humanos, que pueden aumentar la temperatura del agua en

    estas corrientes y ser aprovechada por la trucha garganta cortada en varias escalas biolgicas.

    Como se puede apreciar en figura 5, el anillo coloreado exterior representa organismos

    individuales (la trucha garganta cortada, Pteronarcys Salmonfly, Phaedoactylum diatom), el

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    14

    anillo coloreado de tonalidad media representa las poblaciones de esos organismos, y el anillo

    coloreado ms pequeo representa la comunidad en la cual la tres especie coexisten.

    Figura 5: Diagrama de la jerarqua de un ecosistemas que responde a las perturbaciones

    antropognicas o al estrs natural.

    La perturbacin y la tensin pueden afectar positivamente o negativamente a los recursos

    energticos (p.ej. el alimento o la luz), a las interacciones biticas (p.ej., la competicin o la

    depredacin), a las interacciones fsicas (p.ej., la velocidad del agua), o a las interacciones

    qumicas (p.ej., sustancias nutritivas) y al medio ambiente. Estos cambios ambientales pueden

    aumentar o disminuir el crecimiento y la reproduccin de un organismo, y por consiguiente,

    afectar al tamao y a la productividad de la poblacin as como a las interacciones con otras

    especies en la comunidad.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    15

    Biondicador Bioindicacin

    Variedad de Tabaco (Bel W3 -

    Nicola Tabacum)

    Daos por ozono troposferico

    Tradescantia

    Efectos mutagnicos de los

    contaminantes

    Ray grass (Lolium multiflorum

    italicum)

    Azufre y metales pesados

    Lquenes

    Presencia de hidrocarburos, aceites,

    lluvia cida o metales pesados

    Tabla 3. Ejemplos de bioindicadores estudiados en el proyecto EUROBIONET

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    16

    3.2 . Tipos de Bioindicadores

    En la clasificacin de los bioindicadores, existen varios criterios. Estos se distinguen

    atendiendo a la posibilidad de cuantificar la respuesta del medio, al grado de sensibilidad que

    muestran frente a los estmulos ambientales y a la respuesta de estos al medio.

    3.2.1 Criterio de cuantificacin de la respuesta

    Es conveniente para comenzar hacer una distincin entre bioindicacin y biomonitoreo.

    Habitualmente estos trminos suele solaparse al englobar a los dos como bioindicadores

    simplemente, pero en la comunidad cientfica estos trminos tienen significados ms

    especficos.

    Por un lado la Bioindicacin estrictamente, evala cualitativamente respuestas biticas a

    la tensin ambiental (por ejemplo la presencia de una cierta especie de liquen, Lecanora

    conizaeoides, indica una pobre calidad del aire), los biomonitores determinan

    cuantitativamente una respuesta (por ejemplo las presencia o las reducciones del contenido

    de clorofila de los lquenes indican la severidad de la contaminacin atmosfrica).

    Por otro lado, los biomonitores son organismos, partes de ellos o una comunidad que

    permiten cuantificar la calidad atmosfrica mediante comparacin de rangos en relacin a

    un nivel considerado de background. Es decir, organismos que acumulan contaminantes en

    sus tejidos, permitiendo ser analizados para identificar la abundancia y biodisponibilidad de

    estos. Los contaminantes deben ser acumulados sin impactos letales sobre el organismo.

    Analizando los tejidos de los biomonitores es posible identificar los contaminantes. Estos

    reflejan fielmente la biodisponibilidad ambiental de estos compuestos. Adems, su

    comportamiento muestra una relacin lineal en trminos dosis-respuesta, ya sea con la

    concentracin de un contaminante en el aire, con la combinacin de ellos y/o con el tiempo de

    exposicin. La respuesta se produce en forma de una reaccin especfica o por acumulacin de

    ciertos contaminantes, idealmente su medicin deber ser fcil, con una metodologa de bajo

    costo y debe diferenciarse de otras reacciones a factores naturales.

    3.2.2 Criterio de sensibilidad frente a los estmulos ambientales

    Atendiendo al grado en el que los contaminantes afectan a los diversos organismos

    utilizados como bioindicadores se pueden diferenciar entre especies muy sensibles, sensibles,

    poco sensibles y resistentes.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    17

    3.2.3 Criterio de la forma de la respuesta a los estmulos:

    En relacin a este criterios se puede encontrar:

    Detectores: microorganismos, tales como musgos o epifitos, que viven naturalmente en

    un rea y que muestran respuestas simples, como cambios de la capacidad reproductora,

    mortalidad, abundancia etc.

    Explotadores: su presencia indica que muy probablemente exista una perturbacin. Con

    frecuencia son organismos que se vuelven muy abundantes en un lugar, de manera repentina,

    debido a la falta directa de competidores eliminados por la perturbacin.

    Centinelas: representan a aquellos organismos sensibles o muy sensibles introducidos

    artificialmente en un medio y que funcionan como alarmas de la contaminacin, detectando

    rpidamente los cambios.

    Acumuladores: son organismos capaces de absorber y acumular en cantidades medibles

    ciertos contaminantes, volvindose resistentes a ellos.

    Organismos test o Bioensayos: se utilizan en el laboratorio a modo de reactivos para

    detectar la presencia y/o la concentracin de contaminantes.

    3.3 Ventajas y limitaciones:

    El uso de bioindicares presenta las siguientes ventajas siguientes:

    - Bajo o nulo coste, sin mantenimiento ni coste energtico. El biomonitoreo permanente de

    las comunidades resulta ser econmico comparado con los anlisis fisicoqumicos.

    - Suministran datos de situaciones pasadas.

    - Amplio grado de dispersin.

    - Fcil identificacin de fuentes contaminantes.

    - Posibilidad de observar efectos fisiolgicos.

    - Las comunidades reflejan muchas condiciones del sistema (fsicas, qumicas, biolgicas y

    ecolgicas).

    - Existen conceptos biolgicos que, propiamente aplicados, proveen informacin mejor que

    otros descriptores para cierto tipo de contaminacin.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    18

    - La coleccin y evaluacin de informacin biolgica puede realizarse por grupos.

    - La bioevaluacin o biomonitoreo pueden revelar impactos o efectos futuros y presentes

    que estn enmascarados, tales como nuevas substancias txicas que han ingresado al

    ambiente o posibles cambios en las propiedades fsicas.

    - Otra ventaja es que pueden ser estudiados los cambios o alteraciones a largo plazo sobre

    el ecosistema.

    - Por estas razones es importante incorporar, a los mtodos de evaluacin de la calidad

    ambiental y de la integridad de los ecosistemas, mecanismos como los indicadores

    biolgicos que complementen a los mtodos tradicionales.

    Sin embargo, el empleo de bioindicadores tiene sus limitaciones, las de mayor

    importancia se presentan a continuacin:

    - El grado en el que pueden ser detectados los impactos.

    - La carencia de herramientas de diagnstico para determinar las causas del impacto

    observado.

    - Los indicadores biolgicos no tienen una expresin numrica precisa, comparados con los

    anlisis fsicos y qumicos. La informacin es cualitativa, no cuantitativa; slo utilizando

    ndices biolgicos se obtendr ms informacin

    - Se requiere aparentemente personal con cierta experiencia. Y el muestreo consume ms

    tiempo.

    - No ofrecen mediciones puntuales, sino en todo el tiempo que el organismo lleva expuesto.

    - La variacin genotpica y la edad pueden dificultar el estudio.

    - Existe la posibilidad de que hayan sido expuestos previamente a ciertos elementos.

    - Pueden ser influidos por el entorno (suelo, estructura del hbitat singular, etc.)

    - Para la identificacin taxonmica se requiere experiencia.

    - -Para obtener una evaluacin integral es necesario realizar anlisis fisicoqumicos o

    pruebas de toxicidad.

    http://www.ecured.cu/index.php/Suelo

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    19

    3.4 Biomonitorizacin

    Monitorizar es realizar operaciones sistemticas de parmetros relacionados con un

    problema especfico, diseadas para dar informacin sobre las caractersticas del problema y

    sus cambios con el tiempo (Speliergerg). La monitorizacin puede ser:

    - Fsico-Qumica. Consisten simplemente en medir concentraciones de contaminante en el

    medio.

    - Biolgica o biomonitorizacin. Consiste en el uso regular y sistemtico de organismos

    vivos para monitorizar o determinar la calidad del aire. Los bioindicadores y

    bioacumuladores son biomonitores cuando se conoce una relacin cuantitativa entre las

    concentraciones de los contaminantes y sus efectos biolgicos (Nimis, 1990)

    Por tanto, la biomonitorizacin manifiesta la biodisponibilidad de los contaminantes,

    detectando los posibles efectos de los contaminantes que se encuentran en proceso de

    dilucin y de aquellos vertidos de manera intermitente.

    Para uso apropiado de biomonitores se debe demostrar la relacin con la exposicin al

    contaminante. Los organismos utilizados se deben analizar previamente en el laboratorio para

    establecer el rango de sensibilidad con estudios de respuestas a diferentes dosis y escalas de

    tiempo, validar en estudios de campo a pequeas escalas con una o dos especies adecuadas y

    ampliar el conocimiento a niveles inferiores (subcelular, celular e histolgico).

    3.5 Estudios pioneros de biomonitorizacin

    El amplio desarrollo y aplicaciones de los biomonitores se ha producido principalmente

    desde los aos 60, pues son una herramienta muy eficaz para observar a lo largo del tiempo si

    estas condiciones se alteran o permanecen constantes. Dan una imagen de la extensin de la

    contaminacin alcanzada sobre los seres vivos de un rea y de sus efectos sobre ellos.

    Se han realizado numerosos estudios que corroboran la eficacia de los biomonitores. El

    caso ms pionero fue Nylander quien en 1866, observ que, en los Jardins du Luxemburg en

    Pars, haban desaparecido los lquenes por completo. Por ello, sugiri que los lquenes podran

    ser considerados como indicadores de la salubridad del aire.

    Despus del accidente de Chernobyl, los cientficos empezaron a dar uso a lquenes y

    musgos para la evaluacin de los niveles atmosfricos y la deposicin de radionclidos.

    Despues de la dcada de los 60 y en adelante, los lquenes se utilizaron en varios

    experimentos de fumigacin en laboratorios y en el campo, para determinar los efectos de los

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    20

    gases contaminantes como el SO2 , NO2 , HF o O3 ( Pearson y Skye, 1965 , Nash , 1971 , Hill,

    1974 , Richardson y Ouckett , 1973 y De Wit , 1976).

    En otros estudios posteriores ( Barkman , 1958 , De Wit, 1976 y Van Dobben , 1993 ) la

    diversidad y riqueza de algunas especies se compar con las variabilidades en los niveles

    atmosfricos del N y S, tanto para las evaluaciones de impacto ambiental como para su

    seguimiento.

    En cuanto a los estudios de los musgos, se han utilizado para la medicin de las emisiones

    de flor industrial desde 1950 ( MacIntyre et al. ,1952). Se aplicaron como monitores de la

    deposicin de microcontaminantes orgnicos a partir de la dcada de 1980 en adelante

    (Thomas y Herrmann, 1980 ).

    La mayor parte de los primeros trabajos se concentraron en la deposicin de compuestos

    organoclorados como los pesticidas y los policlorobifenilos (PCB). Sin embargo, en obras

    posteriores, lquenes y musgos se han aplicado tambin en el control de los hidrocarburos

    atmosfricos aromticos policclicos (HAP), que se emiten por las actividades humanas e

    industriales, tales como la produccin de coque a partir del carbn, la combustin de

    combustibles fsiles , o la industria del aluminio y electrodos de carbono (Thomas y

    Hernmann, 1980 ,Carlberg et al. , 1983 , Thomas, 1984 , Thomas y Schunke , 1984 , Wegener et

    al., 1992 y Jacob et al., 1993 ).

    3.5. Bioindicadores/Biomonitores frente a mtodos tradiciones de

    monitorizacin de la contaminacin Atmosfrica.

    Qu aporta el uso de bioindicadores para la monitorizacin con respecto a los mtodos

    tradicionales? Los cientficos, tradicionalmente, han llevado a cabo ensayos qumicos y

    medidas directas de los parmetros fsicos del medioambiente, como la temperatura, los

    niveles de luz o de gases disponibles. Sin embargo, el uso de bioindicadores utiliza la biota para

    evaluar los impactos acumulativos de los contaminantes qumicos y de la alteracin del hbitat

    con el tiempo. Por ello, el uso de bioindicadores es fundamentalmente diferente de las

    medidas clsicas de la calidad del ambiente y ofrece numerosas ventajas.

    En primer lugar, aaden un componente temporal adecuado a la duracin de la vida del

    organismo o el tiempo de permanencia del organismo en un sistema, lo que permite la

    integracin de las condiciones ambientales pasadas, presentes y futuras. Por el contrario,

    muchas mediciones fsico-qumicas slo caracterizan las condiciones en el momento de

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    21

    muestreo, aumentando la probabilidad de perdida de los impulsos espordicos de los

    contaminantes atmosfricos.

    Por otro lado cuando las concentraciones de contaminantes son extremadamente bajas,

    se recurre a metodologas muy tediosas y muy sensibles, con costes muy elevados. Los

    cientficos una vez que identifican estas sustancias en concentraciones trazas, deben

    vincularlas con cualquier peligro biolgico potencial, cuando el vnculo es en parte

    desconocido. Como alternativa, el margen de tolerancia de los bioindicadores ofrece una

    imagen de niveles biolgicos significativos a los contaminantes, sin importar como de

    pequeos sean las cantidades de estos ltimos. Localizan las zonas de los ecosistemas donde

    las materias txicas y contaminantes se acumulan.

    Otro de los beneficios, es su capacidad de indicacin de los efectos biticos indirectos de

    los contaminantes cuando muchas medidas fsico-qumicas no pueden. Por ejemplo, los

    efectos de la contaminacin indirecta son muy difciles de recoger mediante medidas fsico-

    qumicas en el caso de la bioacumulacin. Diversos metales pesados, entre otros

    contaminantes, se acumulan en lquenes y musgos, amplificndose a travs de las cadena

    trficas y dndonos un dato realmente valioso de la presencia y cuantificacin de metales

    pesados en un zona durante un periodo de tiempo y del impacto acumulativo que estos tienen

    sobre los organismos vivos, lo que es muy difcil de representar con los mtodos fsico

    qumicos.

    Por ltimo, los Cientficos han comprendido, atendiendo a las miles de sustancias que hay

    que monitorizar, que la propia biota es el mejor indicador de cmo responden los organismos

    a las perturbaciones o ante un estrs, porque ayudan a visualizar la velocidad y la direccin de

    los cambios ambientales. .

    3.6 Requisitos y Caractersticas para la eleccin de un bioindicador/biomonitor.

    Los principales requisitos que ha de cumplir un organismo para utilizarse como

    bioindicador/biomonitor son:

    Proporcionar respuestas medibles, organismos sensibles a la perturbacin y al estrs,

    pero que no experimentan la mortalidad ante la presencia de un contaminante.

    La poblacin responde reflejando de manera directa la acumulacin de contaminantes.

    Es decir, responden en proporcin al grado de contaminacin o degradacin.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    22

    Ser abundante teniendo una adecuada densidad de poblacin local, pues las especies

    raras no son ptimas; y comn, pues su distribucin debe estar dentro del rea

    problema; relativamente estable a pesar de la variabilidad ambiental y climtica.

    Su ecologa e historia debe ser previamente analizada, el conocimiento sobre ellos

    debe ser elevado, taxonmicamente bien documentados y estables; siendo su estudio

    y anlisis fcil y barato.

    Econmicamente / comercialmente importante: Especies que ya se estn recopilando

    para otros fines y estudios; que sea de inters pblico o sirvan de proteccin para

    otras.

    3.7 Tipos de biomonitorizacin.

    Actualmente, la biomonitorizacin, se engloba en dos grandes grupo: por un lado

    biomonitorizacin pasiva que trabaja con monitores naturales en la zona de estudio y la

    biomonitorizacin activa, con monitores que son introducidos en el medio por cientficos

    para investigar su adaptacin al mismo y a los contaminantes presentes en el medio.

    Habitualmente se usa con mayor frecuencia la biomonitorizacin activa, porque,

    generalmente, el mtodo de biomonitoreo pasivo presenta una desventaja importante, todos

    los procesos y todas las fuentes deben actuar al mismo tiempo y no hay posibilidad de

    separarlas ni buscar una en particular.

    Segn el tipo de contaminacin que se quiera determinar en el aire, existirn diferentes

    tipos de tcnicas testadas con una o varias clases de biomonitores.

    3.7.1 Metales pesados

    Para su determinacin se mide la bioacumulacin de estos.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    23

    Figura 6: Clasificacion de los biomonitorizacion para metales pesados:

    Estos pueden medirse en musgos, lquenes o cortezas de rboles, estos organismos o

    partes de ellos acumulan metales pesados en su estructura proporcionndonos informacin

    sobre la presencia y concentracin de estos en la atmsfera de la zona a estudiar.. Para la

    medicin de metales pesados pueden utilizarse especies nativas o indgenas de la zona a

    medir, especies trasplantadas o bolsas con especies contenidas. Respecto al uso de

    trasplantes, en l los organismos adecuados (principalmente musgos y lquenes) son

    trasplantados de zonas no contaminadas al sitio contaminado en consideracin. El tiempo de

    exposicin por lo tanto est bien definido (lo que es una clara ventaja respecto al uso de

    especies indgenas), pero el cambio en la eficiencia de absorcin debido a los nuevos factores

    climticos en la nueva zona no lo est, as que se suelen aplicar pruebas de efectos de una sola

    especie contaminante individualmente o sinrgicos de los contaminantes sobre biomonitores

    sensibles.

    La tcnica de la "bolsa de musgo", originalmente fue introducida por Goodman y Roberts

    (1971) y modificada posteriormente por Little y Martin (1974). Actualmente tiene una elevada

    popularidad y parecen tener una gran importancia en la medicin de elevadas concentraciones

    de contaminantes. Sin embargo, la reproduccin de esta tcnica no parece ser muy

    satisfactoria para ciertos parmetros, tales como la concentracin del contaminante en el aire

    y la velocidad de deposicin (eburnis y Valiulis, 1999). Las bolsas tienden a secarse y por lo

    tanto su eficiencia para retener metales vara segn las condiciones ambientales.

    Con el fin de tratar de corregir esto, Al- Radady et al. (1993) dise una bolsa que

    permiti que el musgo en el interior permanezca hmedo. Posteriormente Fernndez et al,

    modific este bolsa y construy una caja de polietileno con una red en la parte superior que

    llevaba la muestra de musgo.

    3.7.2 COVs, Hidrocarburo, NOx y SOx

    Para ellos, tal y como ocurra con los metales se utilizan lquenes para su monitorizacin.

    Los lquenes son biomonitores tiles de los compuestos orgnicos volatiles (COVs) NOx y SOx,

    no por la bioacumulacin de estos como ocurra en el caso de los metales pesados, sino por su

    capacidad para responder a diferentes niveles, por su tasa de crecimiento lento, su longevidad

    y su capacidad para indicar la presencia y la concentracin de estos contaminantes. En

    consecuencia, existe una tendencia mundial en la investigacin analtica del medio ambiente

    por utilizar lquenes como bioindicadores generales de estos compuestos.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    24

    3.8 Lquenes como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica

    Los lquenes son asociaciones simbiticas entre un alga (fotobionte) y un hongo

    (micobionte) de cuya interaccin se origina un talo estable, con estructura y fisiologa

    especficas. Las algas encontradas pueden ser clorofitas o cianofitas y los hongos que

    intervienen en la asociacin son Ascomycetes, Basidiomycetes o Phicomycetes (Alexopoulos y

    Mims 1985).

    Poseen caractersticas particulares como carecer de raz y de sistemas de conduccin, no

    poseer estructuras selectivas o protectoras del medio externo como cutculas o epidermis, por

    lo que se vuelven vulnerables a variaciones ambientales. Son organismos auttrofos, su

    crecimiento es muy lento, poseen una amplia distribucin desde los polos al ecuador, y crecen

    en las superficies de los ms diversos sustratos inertes u orgnicos. Los lquenes poseen

    rganos apendiculares cuyas formaciones son producidas por el hongo; al proyectarse desde la

    cara inferior, sirven para sujetar el talo al sustrato y pueden actuar reteniendo agua (Izco

    2000).

    Figura 7: Lquenes. (Arriba derecha) Lobaria pulmonaria, un liquen folioso. (Arriba

    izquierda) Lecidea atrobrunnea yAcarospora contigua dos lquenes crustceos. (Abajo)

    Apotecios de Xanthoria parietina.

    http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lobaria_pulmonaria&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lecidea_atrobrunnea&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Acarospora_contigua&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Xanthoria_parietina&action=edit&redlink=1

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    25

    Estas caractersticas morfolgicas enfatizan la aplicabilidad para fines de monitorizacin o

    vigilancia.

    Durante los ltimos tiempos, numerosos estudios han utilizado lquenes epifitos para

    estimar los niveles de contaminacin atmosfrica creada principalmente por el dixido de

    azufre. La naturaleza txica del dixido de azufre es probablemente el principal factor que

    afecta a las especies de lquenes y a la corteza de los rboles, produciendo su acidificacin

    (Herk 2001). Debido a que los organismos epifitos reciben la mayor parte de los nutrientes a

    partir de la atmsfera, son ms susceptibles a los factores atmosfricos y, por lo tanto

    constituyen sustratos ideales para ser utilizados como bioindicadores (Hawksworth et al.

    2005).

    Muchas especies de lquenes como Ramalina ecklonii y Usnea densirostra muestran

    sensibilidad ante la contaminacin; otras pocas como Hyperphyscia variabilis Scutari,

    Hyperphyscia endochrysea. Moberg y Physcia se desarrollan mejor en reas urbanas,

    mostrando resistencia a la contaminacin (Estrabou 1998).

    Los ambientes pueden ser caracterizados por la cobertura, abundancia y frecuencia de

    especies liqunicas de tres grupos ecolgicos: especies neutrofticas, nitrofticas y acidofticas.

    El predominio de uno de estos grupos ecolgicos es indicador de las caractersticas del

    ambiente afectado. As por ejemplo, un aumento de especies nitrofticas se vincula con un

    aumento de xidos de nitrgeno en reas urbanas (Gombert et al. 2004). Los cambios en

    comunidades o poblaciones de lquenes son utilizados como indicadores sensibles del efecto

    biolgico de los contaminantes; el mapeo de la diversidad de lquenes se ha vuelto una rutina

    en numerosos pases, ya que proveen informacin del impacto biolgico de la contaminacin

    del aire. Estos estudios son adems rpidos y poco costosos.

    La mayora de los casos de desaparicin de lquenes se debe a contaminantes gaseosos

    como el dixido de azufre, fluoruros, ozono, xidos de nitrgeno, monxido de carbono y

    otros contaminantes gaseosos que emanan los automviles por combustin (Hawksworth et

    al. 2005).

    Desde las ltimas dcadas, el dixido de azufre es el principal contaminante que afecta la

    distribucin de lquenes epifitos en reas urbanas e industriales (Giordani 2007). Altos niveles

    de dixidos de azufre, monxido de carbono y, especialmente, de xidos de nitrgeno y la

    reaccin de sus productos, son los responsables del decaimiento de los lquenes. En general,

    los contaminantes gaseosos penetran en la planta por el estoma, junto con el aire necesario,

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    26

    durante el proceso normal de respiracin. Una vez en la hoja, los contaminantes destruyen la

    clorofila e interrumpen la fotosntesis. Los daos pueden variar desde una reduccin en la

    velocidad de crecimiento de la planta hasta su muerte por completo.

    Los lquenes absorben el dixido de azufre, del que retienen aproximadamente 3%. Al

    haber repetidas exposiciones al dixido de azufre, el liquen acumula altos niveles de sulfatos y

    bisulfatos, los cuales lo incapacitan para realizar funciones tales como fotosntesis, respiracin

    y en algunos casos fijacin de nitrgeno. Esto ocasiona la deformacin de la estructura del talo

    y eventualmente su muerte. Un nivel anual de 8-30 g/m3 de sulfuro produce la deformacin

    o la muerte de especies liqunicas sensibles.

    Los efectos fisiolgicos sobre el liquen al exponerlo a xidos de nitrgeno son similares a

    los de exposicin a dixidos de azufre, ya que un nivel anual de 564 g/m3 o mayor de xidos

    de nitrgeno puede resultar en la decoloracin, deformacin y en la muerte del liquen

    (Froehlich 2006).

    Los contaminantes atmosfricos pueden ser retenidos por los lquenes, en partculas

    atrapadas en los espacios intercelulares. La retencin eficiente de elementos contaminantes

    por parte del liquen depender del nmero y naturaleza del sitio de unin extracelular, edad

    del tejido y las condiciones de crecimiento del liquen.

    A pesar del dao que sufren la integridad de sus clulas y tejidos por la acumulacin de

    sustancias particulares, los lquenes pueden indicar la presencia de compuestos qumicos en la

    atmsfera urbana (Giordano et al. 2005).

    En general, los tres mecanismos de absorcin de metales en los lquenes son:

    Absorcin intercelular a travs de un proceso de cambio

    Acumulacin intracelular

    Atrapamiento de partculas que contienen metales. El contenido de metales pesados

    en el talo del liquen tiende con el tiemp a alternar entre las fases de acumulacin y su

    posterior liberacin

    La absorcin de metales en lquenes est influenciada por la lluvia cida, variaciones

    geogrficas (por ejemplo, altitud), cambios temporales (por ejemplo, las variaciones

    estacionales), polvo del suelo, fuentes de contaminacin local y transporte a larga distancia.

    Sin embargo, los estudios de calidad del aire utilizando lquenes pueden presentar los

    siguientes problemas:

    Fluctuaciones del espacio-tiempo podra llevar a errores de muestreo.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    27

    Bajas concentraciones de varios microcontaminantes (que tambin podran cambiar

    con el tiempo), podra dar lugar a dificultades en la metodologa ;

    Es difcil de determinar emisiones intermitentes o espordicas de contaminantes y los

    lmites de tolerancia biolgica de la especie en cuestin no podran ser tenido en

    cuenta.

    La respuesta dosis-efecto no es lineal, y esto puede causar problemas de

    interpretacin en la evaluacin de los daos a los organismos y ecosistemas ( Conti y

    Cecchetti , 2001 ) .

    Los lquenes pueden ser utilizados como bioindicadores y / o biomonitores de dos maneras

    diferentes:

    Monitorizacin pasiva: mediante la simple presencia de las especies presentes en un

    rea especfica o mapa cartogrfico.

    Monitorizacin activa: a travs de la toma de muestras individuales de especies de

    lquenes y la medicin de los contaminantes que se acumulan en el talo o mediante el

    trasplante de lquenes de un rea no contaminada a uno contaminada y luego la

    medicin de los cambios morfolgicos en los talos de liquen y/o su evaluacin de los

    parmetros fisiolgicos y/o la evaluacin de la bioacumulacin de los contaminantes

    (Conti y Cecchetti , 2001).

    3.9 Musgos como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica

    Los musgos son bioindicadores ms populares que los lquenes, debido a que causan

    menos problemas tcnicos y analticos que los estudiados anteriormente.

    Figura 8: Musgos. Pleurozium schreberi (derecha), Hylocomium splendens (izquierda)

    A continuacin se presentan las ventajas que presenta el uso de musgos como

    bioindicadores:

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    28

    - Muchas especies tienen gran extensin geogrfica y crecen bajo diferentes condiciones

    ambientales , incluso en las zonas industriales y urbanas.

    - No tienen epidermis ni cutcula, por lo que los iones metlicos penetran fcilmente la

    pared celular.

    - Al no tener un sistema de races, no hay absorcin de sustratos minerales de otras fuentes

    distintas a la atmsfera;

    - Algunas especies tienen una estructura de capas y producen sedimentos orgnicos.

    - El transporte de minerales entre los segmentos est limitada debido a la falta de tejido

    vascular.

    - Los musgos acumulan metales de forma pasiva, actuando como intercambiadores de iones

    - Para la mayora de los metales, los musgos muestran una correlacin entre la cantidad

    seca a granel y la concentracin de la deposicin hmeda.

    Los musgos tienen dos ventajas principales sobre el muestreo de precipitacin

    convencional en los estudios de deposicin atmosfrica:

    - Los metales estn fuertemente concentradas en el musgo en comparacin con la

    precipitacin, donde los lmites de deteccin analticos son a menudo inadecuados,

    pudindose producir la contaminacin durante la toma de muestras y la manipulacin

    preanaltica .

    - El procedimiento de muestreo es simple y barato en musgos, permitiendo incluir gran

    nmero de zonas en el mismo anlisis y elaborar patrones detallados de deposicin

    geogrfica .

    Las especies de musgos con mayor utilizacin son:

    Pleurozium schreberi: bioindicador muy sensible de metales pesados presentes como

    contaminantes en el aire (Grodziska et al. , 1999 ).

    Pleurozium schreberi y Hylocomium splendens: especies de musgos ms usadas a

    escala mundial.

    Hypnum cupressiforme: utilizada a menudo como un biomonitor de diversos

    contaminantes.

    En definitiva, los Musgos parecen ser un excelente bioindicador para los elementos

    metlicos tales como Pb , Cd , Cu , V , y parcialmente Zn . Los procesos secundarios afectan

    seriamente el seguimiento de Ni, Cr , Mn y Fe ( eburnis et al. , 1999 )

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    29

    3.10 Cortezas de rboles como Biomonitores de la contaminacin atmosfrica

    Las diferencias entre el contenido metlico en la corteza de varios rboles son

    significativas. Una Corteza spera acumula ms oligoelementos que una corteza lisa ( Sloof ,

    1993).

    La Corteza de rbol, adems de una complicada composicin qumica, dependiendo de las

    especies y del espesor de la capa , tiende a tamizarse ,lo que lleva a resultados adulterados . El

    sulfato, el amonaco y el nitrato presentes en la corteza podra afectan significativamente a la

    retencin de metal por parte de esta, aunque para para el anlisis de la contaminacin por

    metales pesados es supuesto la interaccin entre ellos . Adems el Ca y Hg se ven afectados

    por la acidez. Para la corteza, la carga de calcio en particular puede determinar la capacidad de

    amortiguacin con respecto a la precipitacin cida entrante. Adems la neutralizacin puede

    ser provocada por efectos alcalinizantes de NH3 atmosfrico ( Wolterbeek , 2002 ).

    4. Panorama Actual

    Entre los muchos estudios con plantas que se realizan actualmente es posible destacar:

    Estudios de biomonitoreo pasivo:

    1. Deposicin de polvo en hojas de Acaciamelanoxylon y Hedera helix: Se utilizan

    rboles y arbustos ornamentales como indicadores (Acacia melanoxylon, como rbol

    ornamental y Hedera helix), evaluando la inmisin de material particulado a travs de

    la deposicin registrada en las hojas. Para su eleccin se fijan requisitos como: una

    amplia distribucin de las especies en todas las zona estudiada, con follaje durante

    todo el ao, hojas con superficies fciles de medir, hojas lisas y sin resinas, resistencia

    a las influencias de sales en el suelo, polvo, gases e insectos defoliadores. Un total de

    10 colectas, cinco para la poca seca y cinco para la poca hmeda, en 38 puntos. Las

    hojas son colectadas a 1,5 m del suelo, teniendo mucho cuidado de no perder el polvo

    sedimentado sobre ellas y guardadas en bolsas hermticas, tipo ziploc, para ser

    inmediatamene llevadas al laboratorio, donde se lavaron con agua destilada, para

    recuperar el polvo depositado. El agua de lavado se filtra por filtros Whatman, secados

    previamente a 60C, se pesan y la cantidad de polvo depositado se calcula por

    diferencias de peso y expresada en unidades de superficie de hojas..

    2. Acumulacin de metales pesados en hojas de Populus balsamifera. Se recolectan

    hojas de Populus balsamifera, en la poca de verano en estado de su mayor desarrollo

    y antes de que comiencen a marchitarse por la influencia del otoo, entre 2 y 3 m de

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    30

    altura del rbol, en ramas expuestas hacia la va de trfico. Se escogen hojas sanas, sin

    ataque de insectos, y se colocan en bolsas ziploc y se transportan al laboratorio. Alli se

    secan a peso constante, con su polvo adherido, y se analiza el contenido de plomo y

    de cadmio. De esta manera se analiza el contenido de metal de la biomasa vegetal ms

    el polvo depositado sobre ella, es decir se mide la influencia de la contaminacin del

    aire y, a la vez, los metales absorbidos por el suelo y depositados en las hojas del rbol.

    3. Cartografa de lquenes sobre la corteza de rboles ornamentales. Se usa el mtodo

    de cartografa de lquenes existentes usando rboles ornamentales de cada ciudad,

    combinado con el clculo del ndice de Pureza Atmosfrica (IAP) propuesto por Garca

    & Rubiano (1984) y reformulado por Steubing & Fangmeier (1992), que se basa en un

    anlisis de la presencia o ausencia de especies sensibles o tolerantes para expresar un

    nivel integral de calidad del aire y zonificar el rea de estudio en diferentes niveles de

    contaminacin (Canseco 2004). Para el estudio se definen 22 reas de muestreo en

    dos ejes troncales de la ciudad, en funcin de las principales vas de trfico y de otras

    fuentes de emisin de contaminantes atmosfricos. En cada rea de muestreo se

    utiliza un grupo de diez rboles de la misma especie en los que se aplica la

    metodologa propuesta por la norma VDI 3799, de acuerdo con la cual se utiliza una

    rejilla de relevamiento de lquenes. En cada rea de muestreo se utiliza una rejilla de

    1/10 m2 en cada rbol, obtenindose as una superficie de estudio de 1 m2 en cada

    lugar de muestreo. Con los datos obtenidos se calculla el IAP para cada rea de

    muestreo, utilizando la siguiente frmula:

    IAPj = Qixfi

    Donde:

    IAPj = ndice de Pureza Atmosfrica de la estacin j.

    fi =Grado de frecuencia de la presencia ms grado de cobertura, ms el nmero de los

    rboles examinados cubiertos por la especie en cuestin. El valor f se modifica de

    estacin a estacin.

    Qi = Factor de tolerancia de la especie i. Se determina comprobando la cantidad

    promedio de lquenes asociados a la especie i en cada lugar de muestreo. El valor Q

    resulta ser una constante para cada especie en el rea de investigacin, siendo

    indirectamente proporcional a la contaminacin.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    31

    Con los valores de IAP obtenidos, se utiliza la metodologa propuesta por Garca &

    Rubiano (1984), para el establecimiento de rangos de IAP que permiten la zonificacin

    del rea de estudio segn (Conti and Cecchetti, 2001), en funcin a 5 niveles:

    Nivel A 0IAP12,5 Nivel de contaminacin muy alto.

    Nivel B 12,5

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    32

    Estudios de biomonitoreo activo:

    1. Se mide la influencia de la calidad del aire sobre tres especies de lquenes. Usnea

    subfloridana, Stereocaulon ramulosum y Hypotrachina physcioides, sometidas a

    pruebas controladas de laboratorio para evaluar cambios en la produccin de dixido

    de carbono metablico (CO2), como consecuencia de su exposicin a concentraciones

    conocidas de dixido de azufre (SO2) en un rango establecido en funcin a los

    estndares de calidad del aire de la EPA (0,1-0,7ppm). Las tres especies se extraen de

    una zona no contaminada y durante seis meses se adaptan en condiciones de aire

    limpio. Se analizan en laboratorio comparativamente dos mtodos para exposicin

    controlada a soluciones de sulfito de sodio (Steubing & Fangmeier 1992 y Hill 1971

    modificado). En ambos casos se observan las variaciones en la respiracin. Con las

    mismas especies utilizadas en laboratorio se realiza simultneamente un estudio de

    biomonitoreo activo, en tres puntos a lo largo del eje troncal Norte-Sur de la ciudad.

    Las tablas con los lquenes se colocan en soportes de 1,5m en tres diferentes sitios de

    exposicin.

    En cada estacin se coloca un total de 4 tablas por especie durante 30 das y cada

    semana se retira una tabla por especie en la que se efectan observaciones en:

    Cambios en parmetros morfolgicos, que es el grado de dao producido en los

    lquenes como evidencia de clorosis o necrosis del talo en muestras previamente

    humedecidas y La Respiracin de las muestras con el mtodo volumtrico de Rovalo &

    Rojas (1982).

    5. Proyecto Eurobionet

    Eurobionet es un proyecto LIFE, financiado por la Comunidad Europea. Su principal

    objetivo es evaluar la calidad del aire e identificar los contaminantes atmosfricos en diversas

    ciudades de Europa usando plantas bioindicadoras.

    Los principales objetivos de este proyecto son:

    Desarrollar el conocimiento en el campo de los bioindicadores y promover su

    utilizacin.

    Mejorar el conocimiento de la calidad del aire en las ciudades participantes.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    33

    Informar sobre la calidad del aire y los efectos de la contaminacin, contribuyendo a

    aumentar el respeto del ciudadano por el medio ambiente.

    En Espaa este proyecto este proyecto lo llevan a cabo el Ayuntamiento de Valencia (a

    travs de la Concejala de Devesa-Albufera y con el apoyo de la Concejala de Relaciones

    Institucionales), y la Fundacin Centro de Estudios Ambientales del Mediterrneo (CEAM).

    Los bioindicadores utilizados en este proyecto son:

    - Tabaco Bel W3 (Nicotiana tabacum). Para detectar los daos por ozono se utiliza la

    variedad de tabaco Bel W3, usada como bioindicador desde los aos 60. Las plantas se

    exponen al aire ambiente en periodos de 14 das desde finales de mayo a septiembre. El

    ozono destruye la clorofila y produce manchas marrones en las hojas. La superficie que

    cubren estas manchas necrticas es representativa de los niveles de ozono de la zona y del

    tiempo de exposicin. Por tratarse de una variedad muy sensible, las concentraciones de

    ozono que producen daos a las plantas son bastante inferiores al nivel establecido para la

    proteccin de la salud humana.

    - Tradescantia (clon #4430). La Tradescantia se utiliza para detectar los efectos mutagnicos

    de los contaminantes atmosfricos. Con este fin, se exponen al aire ambiente

    inflorescencias de esta planta durante 30 horas. La contaminacin produce un aumento en

    la generacin de microncleos (alteraciones del ADN observables con un microscopio) en

    las clulas madre de los granos de polen.

    Los bioacumuladores analizados durante este proyecto fueron:

    - Ray grass (Lolium multiflorum italicum). El cultivo de esta hierba se utiliza para la

    deteccin del azufre y de los metales pesados. Las plantas se exponen al aire ambiente en

    periodos sucesivos de 28 das desde agosto hasta septiembre. Las hojas acumulan estas

    sustancias nocivas que estn en el aire. Posteriormente, en el laboratorio se analizan las

    concentraciones de azufre, cadmio, cromo, plomo, nquel, zinc, antimonio y platino.

    - Col rizada (Brassica oleracea acephala). Acumula compuestos orgnicos en las ceras de

    sus hojas. Las plantas se exponen al aire ambiente durante ocho semanas, desde octubre

    hasta diciembre. Despus de la exposicin, se analiza qumicamente el contenido en

    hidrocarburos aromticos policclicos.

    El protocolo de seguimiento de Eurobionet inclua desde el cultivo de estas plantas

    hasta la evaluacin de la contaminacin. Este se compone cuatro etapas:

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    34

    - Etapa 1: Cultivo. Las plantas se cultivan en las instalaciones del CEAM en Benifai (La

    Peira). El tabaco y el ray grass se obtienen sembrando semillas y las inflorescencias de

    Tradescantia las distribuye la Universidad de Hohenheim.

    - Etapa 2: Exposicin. En todas la ciudades participantes, las plantas se exponen a la vez y

    por el mismo periodo de tiempo, que vara dependiendo de la clase de planta. En la ciudad

    de Valencia y alrededores, las plantas se exponen en 8 instalaciones, algunas cercanas a

    fuentes potenciales de contaminacin (especialmente el trfico), y otras en jardines

    (contaminacin de fondo).

    - Etapa 3: Anlisis de los efectos de la contaminacin

    o Anlisis visual: Las plantas de tabaco se evalan en el sitio de exposicin. Se calcula el

    porcentaje de la superficie de las hojas que presenta manchas necrticas causadas

    por el ozono.

    o Anlisis en el laboratorio: Tras recoger las muestras, se envan a la Universidad de

    Hohenheim (Alemania), donde se realizan los anlisis de los metales pesados (ray

    grass), los hidrocarburos (col rizada) y se observa al microscopio el ADN

    (Tradescantia).

    - Etapa 4: Evaluacin de la contaminacin. Los datos de contaminacin de las estaciones de

    la Red de Calidad del Aire de la Comunidad Valenciana ms cercanas a los puntos de

    exposicin se correlacionan con los daos de los contaminantes en las plantas. Sin

    embargo, no siempre es posible establecer correlaciones directas entre los daos

    observados y las concentraciones de contaminantes.

    6. Estudio de Bioindicadores en Andaluca

    El Ayuntamiento de Crdoba y la empresa Apoidea trabajan en un proyecto de evaluacin

    de la contaminacin urbana en el que utilizan abejas y su miel como bioindicadores. Las patas

    de estos insectos tienen un pelo al que se adhieren las partculas del aire, por lo que se puede

    conocer la concentracin de metales pesados, pesticidas o radiactividad en grandes reas de la

    ciudad donde se mueven.

    La abeja es una reina en el arte de producir sustancias y olores. Asimismo, est

    excelentemente equipada para percibir y comunicar. Es muy sensible a los olores, a los sabores

    y a ciertas vibraciones.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    35

    Las abejas tienen una cubierta de pelos cargados electroestticamente que atraen al polen

    y otras partculas. Ellas filtran el aire y el agua a travs de sus cuerpos a una gran velocidad. Su

    casa, la colmena, es una perfecta galera de observacin de los gases contaminantes que ellas

    recogen.

    Los sensores de los son provistas las abejas ya han sido usados en numerosos casos para

    otros estudios. En EEUU han sido utilizadas para la deteccin de explosivos.

    La tcnica tambin podra ser utilizada para la deteccin de agresivos qumicos, biolgicos

    y compuestos qumicos muy voltiles como es el caso de las drogas.

    7. Conclusiones

    - Los bioindicadores complementan a los mtodos fsico qumicos, y aportan

    informacin sobre los efectos de la contaminacin en los organismos. Los principales

    bioindicadores de la contaminacin atmosfrica son los liquenes, los musgos y la

    corteza de diveros rbonoles.

    - Los lquenes son biomonitores tiles para los contaminantes del aire, en particular

    para los compuestos orgnicos volatiles COVs por su capacidad para responder a los

    contaminantes del aire a diferentes niveles, por su tasa de crecimiento lento, su

    longevidad y su capacidad para indicar la presencia y las concentraciones de estos

    contaminantes y para los metales pesadas.

    - Los lquenes son buenos bioindicadores cuantitativos para la deposicin de cobalto,

    escandio y zinc, los factores de acumulacin especfica en lquenes son de la

    proporcin aproximadamente 5: 2 : 1 para escandio , cobalto y zinc, respectivamente,

    - El mtodo de cartografa de lquenes resulta ser el ms econmico y rpido de los

    expuestos. Un factor limitante es la necesidad de expertos entrenados en el

    reconocimiento de las especies en campo

    - La distribucin de los lquenes, el ndice de pureza atmosfrica (IAP) y en especial la

    cobertura de lquenes sobre la corteza de los rboles parece responder a tres factores:

    contaminacin atmosfrica por el trfico de vehculos y otras fuentes de emisin,

    dispersin de los contaminantes por brisas de viento en plazas y avenidas anchas y

    extensin de las reas con vegetacin. La vegetacin aumenta la humedad del aire,

    adsorbe y absorbe parcialmente los contaminantes, lo que mejora las condiciones

    ambientales para los lquenes.

  • Bioindicadores de la Contaminacin Atmosfrica

    36

    - Los Musgos parecen ser un excelente bioindicador de la deposicin para los elementos

    metlicos a estudiar, como Pb , Cd , Cu , V , y parcialmente Zn

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