Mi tesis doctoral

Tesis doctoral

Presentada por:

D. Daniel Jesús Rosado Alcarria

Dirigida por:

Dr. D. José Usero García

Dr. D. José Morillo Aguado

Sevilla, 13 Marzo 2015

ESTUDIO DE LA CALIDAD AMBIENTAL DELOS SEDIMENTOS DE LA RÍA DE HUELVA

MEDIANTE UN MÉTODO INTEGRADO

ÍNDICE

1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA

3.MÉTODOS EXPERIMENTALES

4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.CONCLUSIONES



Vertidos en ecosistemas acuáticos

Niveles preocupantes de contaminación

Acumulación en sedimentos

Efectos sobre los seres vivos


Entrada Salida

Agua

Sedimento

Receptor contaminantes

Fuente contaminantes

Organismos bentónicos

Bioacumulación


CALIDAD AMBIENTAL DE SEDIMENTOS

¿Contaminantes presentes y su concentración?

¿Contaminantes biodisponibles y su concentración?

¿Efectos biológicos?


Análisis químicos

Bioensayos de toxicidad

Evaluación de la calidad ambiental de sedimentos

+ Concentración contaminantes

- Contaminantes no analizados- Efectos sobre los seres vivos

+ Todos los contaminantes+ Efecto sobre los seres vivos

- Número limitado de especies

+ Todos los seres vivos

- Perturbaciones naturales- No analiza contaminantes

+ Fracción biodisponible

- Contaminantes no analizados- Efectos sobre los seres vivos


MÉTODOS INTEGRADOS

Varios métodos

Confirmación de resultados

Visión global


DESARROLLAR UN MÉTODO INTEGRADO

Visión global

Simplicidad

RÍA DE HUELVA

Gran extensión geográfica

Variedad de ecosistemas

Elevados niveles de contaminación

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES


Ría de Punta Umbría


Faja Pirítica Ibérica

Río TintoRío Odiel


CONTAMINACIÓN NATURAL

FeS2 + O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

Bacterias


Río OdielRío Tinto


Punta Umbría

Huelva


ÍNDICE





5.CONCLUSIONES

3.1.TOMA DE MUESTRAS

3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS

3.3.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS



Deriva litoral

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES





MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)

ALTERACIÓN MACROBENTOS

MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)

CONTENIDO TOTAL METALES

EXTRACCIONES SECUENCIALES

EXTRACCIÓN CON PROTEASA K

CARBONO ORGÁNICO TOTAL

BIOENSAYO DE TOXICIDAD

Qu

ímic

os

Mo

vilidad

yB

iod

ispo

nib

ilida

d1

2

3

MUESTRA SEDIMENTO

COLUMNA TAMICES

PESADA

DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA

Escala Wentworth

<4 y >2 Grava granulada

<2 y >1 Arena muy gruesa

<1 y >0,5 Arena gruesa

<0,5 y >0,25 Arena media

<0,25 y >0,125 Arena fina

<0,125 y >0,063 Arena muy fina

<0,063 Limo


GRANULOMETRÍA


MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






QU

ÍMIC

OS

1

2

3

AA ELECTROTÉRMICABAJAS

CONCENTRACIONES

Zn, Cu, Cd, Mn, Pb, Ni, Fe, y Cr

MUESTRA SECA Y

TAMIZADA

DIGESTIÓN(HNO3-HCl)

AA LLAMA

AA GENERACIÓN HIDRUROS

AA VAPOR FRÍO

Se y As

Hg


ANÁLISIS QUÍMICOS (CONTENIDO TOTAL DE METALES)

ELIMINACIÓN CARBONATOS

ANALIZADOR INFRARROJOS

CARBONOORGÁNICO TOTAL

MUESTRA SECA Y TAMIZADA


ANÁLISIS QUÍMICOS (CARBONO ORGÁNICO TOTAL)


MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






MO

VIL

IDA

D Y

B

IOD

ISP

ON

IBIL

IDA

D1

2

3


MOVILIDAD (EXT. SEC.)

UNIÓN DEBIL

UNIÓN FUERTE

BIODISPONIBILIDAD (EXT. PROT. K)

CARBONATOS

INTERCAMBIABLE

REDUCIBLE

OXIDABLE

LITOGÉNICA

SEDIMENTO

REACTIVOQUÍMICO

BIODISPONIBLE

SEDIMENTO

REACTIVOBIOLÓGICO

UNIÓN DEBIL

UNIÓN FUERTE

3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOSMOVILIDAD (EXTRACCIONES SECUENCIALES)

TESSIER 1+2

BCR 1

EXTRACCIÓN(16 HORAS)

FRACCIÓN SOLUBLE EN ÁCIDO

ÁCIDO ACÉTICO (0,11M)



EXTRACCIÓN(1 HORA)


MgCl2(1 M)

FRACCIÓN INTERCAMBIABLE

ACETATO SÓDICO (1 M)

FRACCIÓN UNIDA A CARBONATO


BIODISPONIBILIDAD (EXTRACCIÓN CON PROTEASA K)


EXTRACTO

PROTEASA K(0,4 mg/ml)



MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






1

2

3

SUSPENSIÓN DE SEDIMENTO

ADICIÓN DE BACTERIAS

CÁLCULO DE LA CE50 (UT/g)

DILUCIONES

INCUBACIÓN

INTENSIDAD LUMINOSA

BLANCOS

INCUBACIÓN

INTENSIDAD LUMINOSA


TOXICIDAD


TOXICIDAD

INT

EN

SID

AD

LU

Z

TIEMPO

TURBIDEZ

BACTERIASNaCl 2%SEDIMENTO

SENSOR

T4

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES




MUESTRA ORGANISMOS

HOMOGENEIZACIÓN

TAMIZADO (>0,5 mm)

IDENTIFICACIÓNY RECUENTO


ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD MACROBENTÓNICA

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES



4.3.MÉTODO INTEGRADO


MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






1

2

3


Tipo de sedimento

Arena gruesa-media

Arena fina

Arena muy fina

Limo


GRANULOMETRÍA

MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






QU

ÍMIC

OS

4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS1

2

3

0

1000

2000

3000

968

14201640

2920

200

1050

2750

1910 1770

1310

2170 21101800

88 171 243 212

Zn

T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40

1000

2000

3000

1880 1930 1940

2420

363

1310

2190

1790 1820

738

20201740

1480

18 46 106 89

Cu

ERM (410)

ERM (270)

ODIELTINTO CANAL LITORAL

FONDO (95)

FONDO (45)


CONTENIDO TOTAL DE METALES (mg/Kg)PIRÍTICOS

0

250

500

750

121180

247 274215

341275 301 296 310

416 396352

190237 220

178

Mn


CONTENIDO TOTAL DE METALES (mg/Kg)


25

50

75

100

18

33 30 2717

2533

4031 30

40 3931

8 10 149

Ni

NO PIRÍTICOS


1

2

3

4

3.43

2.13

1.67 1.74

2.94 2.79

2.19

1.70 1.68 1.57 1.57 1.67 1.69

0.10 0.12 0.20 0.18

EUROPEA (0,3)GUADIANA (0,86)


CARBONO ORGÁNICO TOTAL (%)

PIEDRAS (1,33)

MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)






MO

VIL

IDA

D Y

B

IOD

ISP

ON

IBIL

IDA

D


2

3


MOVILIDAD (EXTRACCIONES SECUENCIALES)

PIRÍTICOS

NO PIRÍTICOS


Zn Cd0%

25%

50%

75%

39

71

27

63

0,9 4,3

Ni Cr0%

25%

50%

75%

9,01,85,4 3,02,9 0,1

BCR 1 Tessier 1+2 Proteasa K

PIRÍTICOS

NO PIRÍTICOS

MOVILIDAD (EXT. SEC.) BIODISPONIBILIDAD (EXT. PROT. K)

MUESTRA ORGANISMOS

TAMIZADO(>0,5 mm)


MUESTRA SEDIMENTO

SECADO(105ºC)

GRANULOMETRÍA

HUMEDAD

SECADO(60ºC)

TAMIZADO(<63µm)







2

3


100020003000400050006000700080009000

10000

2500

5300

6400

8700

2540

3500

8000

6300

5200

21502900

25002100

54 67 230 210


TOXICIDAD (UT/g)

UMBRAL (100)GUADALQUIVIR

(115)

L1 L2 L3 L4

5467

230

210

LITORAL HUELVA (30)


100020003000400050006000700080009000

10000

2500

5300

6400

8700

2540

3500

8000

6300

5200

21502900

25002100

54 67 230 210

RÍO KAFUE (4.880)


TOXICIDAD (UT/g)

PUERTO RONNEBY

(9.300)

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES





DISTRIBUCIÓN DE PRINCIPALES TAXONES

T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Anélidos Crustáceos Molúscos Otros


SPIONIDAE CAPITELLIDAE NEPHTYIDAE

ANÉLIDOS

ANTHURIDAEDIOGENIDAE GAMMARIDAE

CRUSTÁCEOS

CARDIIDAEVENERIDAE

MOLUSCOS

DONACIDAE


5

10

15

20

4 5 6

9

4 57 6

108 7 8 7

1518

13

17


1

2

3

0.41 0.32

1.03

1.48

1.00 1.001.20

0.84

1.521.17

1.511.68

1.46

1.89 1.88 1.92 2.04



NÚMERO DE FAMILIAS

ÍNDICE DE DIVERSIDAD DE SHANNON-WIENER

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES




Resultados de los ensayos

Índices de contaminación

Índice de degradación

ambiental (IDA)

Índices de contaminaciónICI: índice contaminación inorgánica

IT: índice toxicidadIAM: índice alteración macrobentosICO: índice contaminación orgánica

IB: índice biodisponibilidad



1

2

3

43.0 2.9 2.7 2.5 2.4 2.1

1.72.1

1.5 1.5 1.4 1.4 1.41.0 1.0 1.2 1.1


1015202530

13

18 19

28

9 10

14 1417

7

15 14 13

1 1 2 2


ÍNDICES DE CONTAMINACIÓN

ICI: ÍNDICE CONTAMINACIÓN INORGÁNICA

IAM: ÍNDICE ALTERACIÓN MACROBENTOS


5

10

15

10,811,8 11,7

14,2

8,89,5

11,410,7

10,0

6,7

8,4 8,1 7,7

1,0 1,21,9 1,8

BAJA

MEDIA

ALTA


ÍNDICE DE DEGRADACIÓN AMBIENTAL (IDA)

MUY ALTA

ARTÍCULOS

Ability of 3 extraction methods (BCR, Tessier and Protease K) to estimate bioavailable metals in sediments – Chemosphere

Application of a new integrated sediment quality assessment method to Huelva estuary and its littoral of influence (Southwestern Spain) – Marine Pollution Bulletin

Spatial variation of toxicity to Vibrio fischeri in the sediments of the Huelva estuary and its littoral of influence (Southwestern Spain) - Aquatic toxicology

ÍNDICE





5.CONCLUSIONES

• Elevada concentración de metales piríticos en la ría

• Disolución de metales de la “Faja Pirítica Ibérica” y precipitación por aumento del pH

• Máximo de metales en la zona baja del estuario del Tinto

5.CONCLUSIONES

CONTENIDO TOTAL DE METALES

• Menor concentración de metales en el litoral

• Escasas diferencias entre los valores encontrados en los 4 puntos de muestreo

• Atribuibles a los efluentes de la ría de Huelva

5.CONCLUSIONES

CONTENIDO TOTAL DE METALES

• El COT en el la ría de Huelva es superior al del litoral

• Los porcentajes de COT más elevados se alcanzan en la cabecera de los estuarios

• El COT en la ría de Huelva es superior al valor de los estuarios cercanos

5.CONCLUSIONES


• Los métales piríticos son más labiles

• Los métodos de extracción secuencial BCR y Tessier sobrestiman la fracción biodisponible en comparación a la extracción con proteasa K

5.CONCLUSIONES

BIODISPONIBILIDAD

• Elevada toxicidad en la ría, principalmente en ambos estuarios

• Inferior toxicidad en el litoral

• Los metales son la principal fuente de toxicidad en la ría

5.CONCLUSIONES

TOXICIDAD

• Macrobentos más variado en el litoral que en la ría

• La alteración del macrobentos aumenta aguas arriba en la ría

• Los resultados de la ría contradicen a los previamente expuestos

5.CONCLUSIONES


• Cuatro grupos de degradación ambiental:

1) Baja degradación: litoral de Huelva

2) Degradación media: ría de Punta Umbría

3) Degradación alta: canal del Padre Santo y la zona alta del estuario del Odiel

4) Degradación muy alta: estuario del Tinto y la zona media y baja del estuario del Odiel

5.CONCLUSIONES

MÉTODO INTEGRADO

Science

Mi tesis doctoral