En la parte alta de la Cordillera Oriental se encuentra la subcuenca del río Teusacá, ubicada en la cuenca del río Bogotá dentro del departamento de Cundinamarca, Colombia. El río Teusacá discurre por varios municipios como La Calera, Guasca, Sopó y, la capital Bogotá D.C., entre otros. Tiene una extensión de 35.818,42 hectáreas, y una longitud de cauce principal de 69 kilómetros [1]. La ampliación urbana conlleva a la contaminación mediante vertimientos de aguas residuales sin tratamiento y actividades agroindustriales que afectan negativamente las características naturales del río, como la disminución de la biodiversidad y cambios en la calidad del recurso hídrico [2], [3].

Debido a un registro constante de inundaciones y falta de regulación de cauce, las autoridades competentes elaboraron una obra hidráulica de dragado a mediados del 2019 y que tuvo una extensión de 11,7 Km [4], la cual es una obra de irrigación y defensa contra inundaciones que previene y controla desastres, además es un control de la corriente de agua [1]. Esta obra hidráulica se planteó, mediante una obra mínimamente invasiva en el río, con ensanchado de secciones, lo que permite llegar optimando afluencias, evitando una intervención de maquinaria pesada.

El monitoreo de la calidad del agua impone la necesidad de aplicar enfoques distintos al análisis de parámetros fisicoquímicos, incluyendo el uso de indicadores biológicos. Uno de estos indicadores destacados es el monitoreo con macroinvertebrados acuáticos, que reflejan las perturbaciones presentes en los cuerpos de agua [2] y [4].

En este trabajo se realizaron monitoreos durante el año 2021, donde se muestrean diferentes zonas tras terminar la obra hidráulica. Con el fin de determinar el efecto que tuvo dicha obra hidráulica en la calidad del agua del rio Teusacá, se hizo uso de los macroinvertebrados acuáticos y por medio de análisis de comparación entre los índices de calidad biológica, tales como BMWP, adaptado para Colombia por Roldán [5], Average Score Per Taxon (ASPT), el Índice Biológico de Familias (IBF), e índices de diversidad biológica tales como Simpson, Shannon-Wiener, Margalef y Menhinick.

La selección de los puntos de muestreo se basó en la identificación de áreas estratégicas utilizando mapas y una exploración previa de toda la región de la cuenca. Finalmente, se seleccionaron cuatro sitios para llevar a cabo el muestreo: Ver tabla 1.

Tabla No. 1. Coordenadas de puntos de muestreo

En la Figura 1 se muestra la distribución de los puntos de muestreo a lo largo de la cuenca del río y también el terreno donde ocurrió la obra hidráulica.

Figura 1. Mapa de puntos de monitoreo y dragado en el río Teusacá

Los muestreos se realizaron en el segundo semestre del año 2021, en agosto, octubre y diciembre, con un tiempo de recuperación de un mes tras cada monitoreo, para permitir que el ecosistema se recupere tras la perturbación de la intervención realizada al raspar las orillas del río [6].

En cada estación de muestreo, se recopilaron los macroinvertebrados acuáticos mediante un barrido en contra de la corriente utilizando una red D-net. Este proceso se realiza durante 5 minutos en una longitud de 10 metros en ambas orillas del cauce del río previamente delimitado. Se hizo un barrido en troncos y rocas dentro del cauce para asegurar la cobertura de los posibles hábitats. Además, se muestrearon los parámetros fisicoquímicos in - situ como pH, ORP, Oxígeno Disuelto, Conductividad, Resistividad, TDS (Sólidos Disueltos Totales), Salinidad, Turbidez y Temperatura.

Las muestras de macroinvertebrados recolectadas se preservaron en alcohol al 70% a una temperatura de 4°C, se etiquetaron adecuadamente con número de estación y número de muestra, y se destinaron para su posterior separación, identificación y conteo.

Identificación de los macroinvertebrados acuáticos

Usando la metodología de identificación de macroinvertebrados acuáticos del Instituto de Investigación de Recursos Biológicos Alexander Von Humboldt [7], la cual consiste en una serie de claves taxonómicas como herramienta de referencia de identificación en laboratorio[7], [8], [9], [19], se reconocieron morfológicamente los macroinvertebrados hasta el nivel taxonómico de familia, presentes en las muestras tomadas en los puntos de muestreo en la cuenca del río, después se realizó un conteo de cada individuo por familia para calcular los índices de calidad y diversidad biológica del agua.

Con la ayuda del conteo realizado anteriormente se utilizó para evaluar la calidad del agua y la diversidad. Para la evaluación de calidad se implementaron los índices de BMWP-Col, ASPT (Average Score Per Taxon) modificado según Roldán Pérez [5] y adaptado por Álvarez Arango, el IBF (Índice Biótico de Familias) de Hilsenhoff, los cuales serán mostrados a continuación [11] - [19].

La evaluación de la diversidad se llevó a cabo utilizando tres indicadores: el índice de equidad de Shannon-Weaver (H), el índice de Margalef y el índice de Menhinick. Además, se determinó la dominancia utilizando el índice de Simpson (1-D).

Análisis estadístico de los datos

En 2016, previas a la obra hidráulica y las del 2021 como posteriores, se determinó que las estaciones de mayor interés para este estudio fueron la estación E3 cuyos monitoreos se realizaron en julio, septiembre y noviembre en el 2016[20], y el punto de El Triunfo en el 2021, ya que son más cercanos al dragado ocurrido en la cuenca del río.

A partir de los anteriores grupos de datos se realizaron pruebas de homogeneidad de varianza (normalidad con Shapiro – Wilk y homocedasticidad de Levene) para determinar su distribución y definir las pruebas de comparación que se ajustaran apropiadamente a la naturaleza de los datos y para demostrar las posibles diferencias significativas entre las variables de respuesta previas y posteriores a la obra hidráulica. Estas pruebas estadísticas se por medio del software de R Studio y el software Past.

Se lograron recolectar e identificar un total de 1160 organismos agrupados en 6 clases, 13 órdenes y 19 familias taxonómicas. Se observa un mayor número de macroinvertebrados en el punto de monitoreo El Triunfo, lo cual representa el 49,22% del total de organismos encontrados. En el estudio que se utilizó para la comparación de calidad del agua posterior a la obra, se encontraron un total 6781 individuos de macroinvertebrados acuáticos pertenecientes a 3 phylum, 5 clases, 11 órdenes y 21 familias [20]. Ver tabla 2.

Tabla No. 2. Recuento de macroinvertebrados por punto de monitoreo río Teusacá

Se evidencia que la familia con mayor cantidad de individuos encontrados fue Gammaridae con una cantidad de 574 individuos correspondiendo al 49,48% respecto a la totalidad de familias e individuos encontrados en los conteos de las muestras recolectadas a lo largo del río, esta familia se caracteriza por habitar cuerpos de agua en buenas condiciones de calidad, que además viven en presencia de altas conductividades y están asociados a un consumo de vegetación acuática [21]. Se evidencia que, entre los 4 puntos de monitoreo, El Triunfo fue el que presentó mayor concentración de macroinvertebrados.

Así mismo, también se encontraron familias que son indicadoras de aguas de mala calidad como Tubificidae y Glossiphoniidae [22], ya que habitan en recursos hídricos con altos índices de contaminación. En cada punto de monitoreo se encontró una amplia variabilidad de especies relacionada con la heterogeneidad espacial de los sitios de muestreo que es influenciada por la estructura física, la calidad del agua y los ecosistemas aledaños [23].

Debido a lo anterior, y por su ubicación cercana a la obra hidráulica se seleccionó el punto de “El Triunfo” para realizar el análisis del efecto generado por dicha intervención. En la tabla No. 3 se exponen los niveles de los parámetros fisicoquímicos in situ encontrados previa y posteriormente a la obra hidráulica.

Variables fisicoquímicas

Tabla No. 3. Comparación de parámetros fisicoquímicos antes y después de la obra hidráulica [20]

A partir del análisis de homogeneidad de varianza (prueba de normalidad Shapiro – Wilk y de homocedasticidad de Levene), se afirma que tanto las variables posteriores como previas a la obra hidráulica tienen una distribución normal, a excepción del parámetro de turbidez evaluado previo a la obra (p value = 0.0038), ya que con este margen de error se puede tener un 95% de certeza que los datos arrojados en las pruebas estadísticas se encuentran calculados con valores confiables para el estudio.

Según estudios realizados previamente, los cuales emplearon la técnica de monitoreo de bioindicación con macroinvertebrados acuáticos en las zonas de Cundinamarca como en el río Chicú [24], el humedal Gaulí[21] o el río Frío [25], entre otros, el nivel ideal para el parámetro de oxígeno disuelto se encuentra entre 9 y 10 mg/L [26]. Antes de la obra hidráulica realizada en el río Teusacá se evidenciaron niveles entre 0,3 y 3,4 mg/L de oxígeno disuelto lo que es un posible indicador que la calidad del agua se encontraba moderadamente contaminada, con tendencia a muy contaminada. [20]. El monitoreo realizado en este estudio muestra niveles comprendidos entre 3,86 mg/L de oxígeno disuelto en el mes de diciembre y 6,72 mg/L de oxígeno disuelto en el mes de octubre, posteriores a la obra hidráulica, siendo estos niveles favorables para algunas familias de macroinvertebrados como las familias Gammaridae, Simuliidae, Chironomidae que favorece su comunidad por su afinidad a este parámetro fisicoquímico [27].

Los datos evaluados de oxígeno disuelto previas y posteriores de la obra hidráulica en las pruebas estadísticas, demostraron distribuciones normales y sometiéndolos a una prueba t test, se pudo afirmar la existencia de diferencias significativas (p value = 0.0022), lo cual evidencia que la calidad del agua posterior a la obra ha mejorado significativamente teniendo un aumento en las medias en el conjunto de resultados previos de 2,44 mg/L a resultados posteriores de 7,39 mg/L de oxígeno disuelto. Se considera que este aumento en los niveles de oxígeno disuelto es debido a que la obra hidráulica no introdujo materiales ajenos al río, sino que al realizar una remoción con el mismo lecho de las riberas no representan una amenaza significativa para la calidad del agua, este puede llegar incluso a desempeñar un papel positivo al proporcionar hábitats para la vida acuática y ayudar a estabilizar las orillas de los ríos aumentando su talud [1]. Al extraer el material directo del río, se puede mantener la composición fisicoquímica sin necesidad de alterar sus componentes abióticos (como el uso de concretos y/o arenas de diferentes orígenes), que podrían alterar la calidad del río que en vez de implementar materiales propios del mismo [28].

En cuanto al parámetro fisicoquímico de turbidez, hay valores relativamente bajos comparados a los previos a la obra hidráulica, la disminución de este parámetro simboliza un decrecimiento en el material suspendido presente en el agua. Previo a la obra había valores de un mínimo de 10,1 UTN a un máximo de 618 UTN y posteriores a la obra la amplitud del rango de datos es inferior, ya que cuenta con un mínimo de 11,3 UTN a 20,7 UTN. De acuerdo con la distribución no normal de este parámetro, se realiza de prueba no paramétrica de Mann - Whitney la cual demostró que no se encuentran diferencias significativas en la turbidez (p value = 0,574) con un error del 5%, es decir que a pesar la amplitud de este parámetro en ambos escenarios es diferente, estadísticamente no se evidencia que estos grupos de datos tengan diferencias significativas de uno a otro.

Calidad biológica del agua

Después del análisis de los parámetros fisicoquímicos, se calcularon índices de calidad biológica del agua (BMWP/Col, ASPT e IBF), realizados a partir de la identificación de los macroinvertebrados en las muestras de agua recolectadas. Con estos datos se hace un conteo e identificación de las familias presentes, para así calcular los índices de calidad biológica del agua. Ver tabla 4.

Tabla No. 4. Comparaciones de índices de calidad biológica [20]

En cuanto a la calidad biológica del agua, se evidencia un aumento en la calidad del índice biótico de BMWP/Col, que permite asignar puntuaciones a las diferentes familias encontradas en las muestras de macroinvertebrados según una lista establecida adaptada para Colombia [5], la mayor o menor puntuación asignada a un taxón es por su sensibilidad a la contaminación orgánica y al déficit de oxígeno en los ríos [29].

Los resultados obtenidos en el índice del BMWP/Col presentan diferencias significativas posteriores a la obra hidráulica (p value = 0,047) con un error del 5%. Previo a la obra se encuentra que la calidad del agua del río Teusacá es moderadamente contaminada, con tendencia a muy contaminada evidenciando valores de calidad dudosa y critica [20]; sin embargo, posterior a la obra la calidad del agua estaba en un estado ligeramente contaminado con calidad aceptable, presentando efectos de contaminación. Se calcula el índice ASPT, en donde los resultados arrojados no evidenciaron diferencias significativas (p value=0,5327) con un error del 5%, comparados con literaturas previas a la obra, por lo tanto, la calidad del agua evaluada por este índice se encuentra en el mismo estado previo al dragado.

Los resultados obtenidos para el índice IBF dan indicios positivos, así como índices previamente calculados ya que se evidencia diferencias significativas (p value= 0,0211) con un error del 5%, comparados con literatura previa a la obra, donde se tienen registros de calidad ligeramente a contaminada, mientras que los resultados obtenidos en este estudio demostraron una mejora positiva con clasificaciones de ligeramente a no contaminadas.

Los índices y parámetros arrojan resultados prometedores, en donde es evidente que la intervención hidráulica que sufrió el río Teusacá tuvo repercusiones positivas, donde no únicamente mejoró a simple vista el flujo del caudal del río, disminución de inundaciones y mejora estética de este, sino que también el impacto positivo a largo plazo de la calidad del río es relevante.

La relevancia de la unidad biológica escogida, en este caso los macroinvertebrados, ha sido relevante, ya que son organismos sensibles a las alteraciones de las condiciones fisicoquímicas del agua, lo que permite analizarnos las condiciones del agua durante sus cambios. Este dragado es positivo en la calidad del agua, ya que la intervención hidráulica permite renovar aguas (por la remoción de posibles estancamientos y otros eventos que pueden afectar el ciclo de la corriente) [30].

Diversidad biológica

La diversidad biológica se calculó a partir de la cantidad de especies e individuos de estas, mediante los índices de Simpson, el cual toma en cuenta la representatividad de las especies dominantes con respecto a las demás, el índice de Shannon – Weaver, el cual es el grado de igualdad de la distribución de las abundancias de las especies, el índice de Margalef que mide de forma sencilla la biodiversidad y el índice de Menhinick, el cual mide la relación entre el número de especies y el número total de individuos encontrados.

Tabla No. 5. Comparaciones de índices de diversidad biológica [20].

Posterior a la obra hidráulica, se puede probar la existencia de poca diversidad y alguna especie dominante con respecto al índice de Simpson ya que sus resultados son cercanos a cero y que la mayor cantidad de individuos recolectados pertenecen a las familias de Gammaridae y Glosiiphoniidae. La familia Gammaridae se distingue por su preferencia de hábitat en aguas con niveles considerables de oxígeno, en un rango que oscila entre 4,63 y 8,52 mg/L de oxígeno disuelto [31], mientras que la familia Glosiiphoniidae en más susceptible a encontrarlos en aguas contaminadas con altos niveles de turbidez y solidos disueltos totales (SDT)[22].

Lo anteriormente expuesto acerca de la poca diversidad encontrada posterior a la obra hidráulica se corrobora de igual manera con el índice de Margalef y Menhinick ya que sus valores se encuentran en la categoría de poca diversidad, y finalmente con el índice de Shannon se encontraron valores entre 0,5 y 0, 65 lo cual representa una baja diversidad.

Para evidenciar diferencias significativas en los valores previos y posteriores a la intervención hidráulica por parte de los índices, se realizó una prueba de normalidad Shapiro Wilk y homocedasticidad de Levene, para determinar la prueba de comparación con un error del 10%, ya que es un margen óptimo para experimentación biológica [32]. Los resultados arrojaron una distribución normal en cuanto a índices de diversidad. Para la prueba de comparación se optó por una prueba paramétrica t-test debido a la distribución normal de los grupos de datos.

A pesar de que se presentaran alteraciones a las condiciones en la calidad del agua debido a la intervención, no se evidencian diferencias significativas en la diversidad de especies encontradas después de la obra hidráulica con respecto a los índices de Simpson, Margalef y Menhinick, el índice de Shannon-Weaver indica que sus valores no siguen una distribución normal, lo que lleva a rechazar la hipótesis nula de normalidad. Como alternativa, se usa la prueba no paramétrica de Mann-Whitney, que revela diferencias significativas (p-valor = 0,076). Aunque en ambos escenarios la diversidad según la categorización de este índice es baja, el rango de los valores de Shannon fue más estrecho tras la obra, ya que se demuestran valores entre 0,97 y 1,07.

En la figura 2 se observa que cada familia presentó un grado de afinidad distinto frente a cada parámetro físico químico del agua, siendo las más afines las de valores de -1,5 a 1,5 en ambos ejes, además de las familias más cercanas a los parámetros fisicoquímicos, además de realizar este análisis con un 82,38% de confiabilidad.

Figura 2. Análisis multivariado de correspondencia canónica

A lo largo del estudio se identifica que la mayoría de las familias cuenta con una sensibilidad a la variación de los parámetros fisicoquímicos del agua, principalmente al oxígeno disuelto ya que influye en la calidad del agua [33], algunas de las familias encontradas son sensibles a los cambios de este parámetro, siendo las familias de Simuliidae, Libellulidae, Lymnaeidae, Ceratopogonidae, Dryopidae y Chironomidae.

El punto de la PTAP Progresar y El Triunfo son los puntos en donde se concentran una considerable cantidad de familias de macroinvertebrados, con especial énfasis en las familias Glossiphoniidae y Polycentropodidae que cuenta con mayor afinidad a la turbidez. También se encuentra la familia Physidae, esta especie se distingue por su capacidad para resistir niveles elevados de contaminación y por habitar en cuerpos de agua que carecen de movimiento, como lagos o estanques [34].

En términos de buena calidad de agua se encuentra en el punto de interés de El Triunfo la familia Simuliidae, a pesar de que solo se encontró en este punto específico posee relevancia al efecto que tuvo la obra hidráulica sobre la calidad del río, ya que esta familia se suele encontrar en cuerpos de agua limpias [5].

Los macroinvertebrados presentes en los muestreos cuentan con una afinidad a los parámetros fisicoquímicos recolectados en campo, a pesar de la poca variación que presentaron los índices de calidad biológica se determinó un ligero aumento en la calidad del agua en el río Teusacá posterior a la obra hidráulica.

Para los cuatro puntos de monitoreo establecidos se encuentra que la mayor diversidad está presente en las estaciones de PTAP Progresar y El Triunfo, que a su vez entre estás estaciones tienen la mayor dominancia entre las familias Gammaridae y Glosiiphoniidae.

Se determina que el efecto de la obra hidráulica en la calidad del agua y las comunidades biológicas del río es positivo, ya que se evidencia el aumento de oxígeno disuelto y la disminución de la turbidez, ya que estas obras mejoran la circulación del agua disminuyendo los sólidos suspendidos, y también estas reducen los sedimentos contaminantes, lo que ayuda a reducir la carga contaminante en el agua y mejora su calidad y prevenir inundaciones. Este parámetro es uno de los que presenta mayor sensibilidad al impacto que produjo la obra hidráulica, reflejado como un impacto positivo por su aumento en la concentración, dando como resultados que los índices de calidad biológica del agua tengan diferencias posteriores a la obra y que sean de tendencia a los cuerpos de agua no contaminados.

La diversidad del río no presenta variaciones significativas en las comunidades de macroinvertebrados acuáticos en términos de dominancia y equidad, posiblemente a la alteración que sufrieron los hábitats de los macroinvertebrados acuáticos que dejo la intervención por la perturbación física en el lecho del río, ya que implica remover sedimentos y materiales del río, lo que puede alterar los refugios naturales de los macroinvertebrados acuáticos, como grietas, rocas y vegetación sumergida.

Las familias que presentan una mayor tolerancia a los cambios en las condiciones fisicoquímicas son las familias Lestidae, Aeshnidae, Dugesiidae, Leptohyphidae , Tubificidae, Empididae, en cambio las que son relevantes para identificar la calidad del agua del río debido a su sensibilidad a los cambios en los parámetros son las familias Simuliidae, Libellulidae, Lymnaeidae, Ceratopogonidae, Dryopidae, Chironomidae, Philopotamidae, Physidae, Glossiphoniidae, Corixidae y Gammaridae por sensibilidad a las variaciones entre oxígeno disuelto, turbidez y pH.

En futuras investigaciones que empleen la técnica de monitoreo por bioindicación con macroinvertebrados acuáticos, se recomienda extender considerablemente el área de muestreo en las orillas del río durante el proceso de raspado, ya que se podrá garantizar una cobertura más extensa de la zona de estudio y facilitará la recolección de material biológico en mayor cantidad y diversidad de especies, lo cual resultará fundamental para llevar a cabo un inventario exhaustivo de macroinvertebrados para poder optimizar los estudios estadísticos y obtener resultados más precisos.

Se recomienda manejar un error del 10% en las pruebas estadísticas, ya que al realizar un estudio que involucra macroinvertebrados como unidad biológica, se deberá considerar variables significativas que pueden alterar o afectar la precisión de los resultados, esto con base a él margen de error propuesto de hasta un 20% en estudios de muestro y análisis de macroinvertebrados previamente divulgados [35], los cuales a su vez están basados en la metodología de análisis estadístico de muestras de invertebrados bénticos [36].

Los autores agradecen a la Universidad Santo Tomás, por la financiación del proyecto “Adaptación de la metodología IFIM-PHABSIM para la estimación de caudales ambientales ante escenarios de cambio climático en la cuenca del Río Chicú”.