A lo largo del tiempo, los ecosistemas acuáticos han sufrido grandes daños, debido a que el ser humano ha aumentado la demanda de estos y al uso de sus servicios ambientales. Ello le ha restado importancia al sustento de la vida acuática y terrestre, a la vez que ha afectado directamente sus ecosistemas [1]. Por ello, se han venido desarrollando estrategias para valorar y evaluar la calidad del agua, entre las cuales se incluyen: comparación de las variables con la normatividad vigente; indicadores de calidad del agua, donde, a partir de un grupo de variables medidas, se genera un valor que califica y cualifica la fuente, y metodologías más elaboradas, como la modelación [2].

En Colombia, los estudios de calidad del agua se han basado, en su gran mayoría, en información fisicoquímica o bacteriológica, y solo hasta las últimas décadas se comenzó a incorporar e implementar la bioindicación en este tipo de estudios [3].

Dentro de los bioindicadores más utilizados para la evaluación de la calidad del agua se encuentran las comunidades de macroinvertebrados bentónicos. Esto se debe a que reúnen varias de las cualidades que se esperan de un indicador: su elevada distribución y diversidad taxonómica; así como su sensibilidad a los cambios en las variables fisicoquímicas, hidromorfológicas (velocidad del agua y sustrato) e hidrológicas que se producen en el medio acuático [4]. Además, estos poseen otras cualidades como lo son su fácil recolección, el amplio espectro de respuestas a las perturbaciones y su naturaleza sedentaria y de largos ciclos de vida en el medio acuático, en algunos casos de meses o años [5], [6]. Todos estos son factores ecológicos que permiten relacionar los macroinvertebrados bentónicos con las condiciones ambientales que han prevalecido durante un largo periodo, en contraposición con los análisis fisicoquímicos, que revelan condiciones puntuales del momento cuando se realizan [3].

Estudios recientes, como los de López-López y Sedeño-Díaz [7], Damanik-Ambarita et al. [8], Poikane et al. [9], Castellanos Romero et al. [10], respaldan con sus resultados que estos organismos, dadas sus características biológicas y ecológicas, desde el nivel suborganismal hasta el de la comunidad, tienen excelentes señales de respuesta a los factores estresantes presentes en los ríos y cuerpos de agua. Gracias a esto, mediante análisis de la composición taxonómica y la estructura de las comunidades de macroinvertebrados, se puede llegar a determinar el grado de afectación de un cuerpo de agua, calculando diferentes índices destinados para este fin [11].

Cabe destacar que, al día de hoy, el conocimiento de la taxonomía de los macroinvertebrados en los ecosistemas acuáticos es todavía incompleto en Colombia, principalmente, en los taxones de género y especie. Esto puede derivar en pequeños sesgos en el resultado de los índices, puesto que estos se calculan según la categoría taxonómica de familia, y en los taxones de menor jerarquía, como especie, pueden haber diferencias entre miembros de una misma familia [12].

En este estudio se calcularon los índices biológicos BMWP/Col, ASTP, IBF y EPT. El Biological Monitoring Working Party (BMWP) se desarrolló en los años setenta en Inglaterra [13], y se basa en la presencia de grupos taxonómicos, a nivel de familia, sensibles o tolerantes a la contaminación del agua, y este es independiente al número de individuos recolectados [14]. Cada grupo taxonómico recibe un puntaje, que va desde 1 hasta 10, en función de su grado de sensibilidad a la contaminación. Las puntuaciones altas significan alta sensibilidad a perturbaciones en la calidad del agua, y las bajas, lo contrario. La suma del puntaje de cada familia da como resultado el valor del índice que tiene un significado de calidad [14]-[16].

El Average Score Per Taxon (ASPT) es un índice valioso para evaluar la calidad del agua, especialmente cuando hay alta diversidad [14]. Se obtiene a partir de la división del valor del índice BMWP/Col por el número de taxones que contribuyeron a obtenerlo. Este expresa el promedio de indicación de calidad del agua que tienen las familias de macroinvertebrados encontradas en un sitio determinado, lo que convierte a este índice en un complementario al BMWP y da una medida más real del estado de cada sitio [14], [17]. Según Chesters [18] la ventaja del ASTP frente al BMWP radica en que es independiente del esfuerzo de muestreo, de la estacionalidad y de la eficacia en la identificación.

El Family Biotic Index (IBF) fue desarrollado por Hilsenhoff, en 1988. Semejante al BMWP, proporciona un puntaje a los grupos taxonómicos de acuerdo con su tolerancia o sensibilidad a la contaminación en una escala que va de 0 a 10 [16], [19], con la diferencia de que pondera el valor de tolerancia, ya que la cantidad de individuos recolectados se multiplica por el valor de tolerancia del taxón y se divide entre el total de individuos recolectados [20]. El IBF incluye siete categorías de estado de contaminación, o de calidad de agua, que van desde poca posibilidad de contaminación orgánica hasta contaminación orgánica muy severa [16], [21].

El índice EPT (Ephemeroptera, Plecoptera y Trichoptera) se refiere al número de individuos de dichos órdenes presentes en la muestra. Se calcula dividiendo el número de individuos de los órdenes Ephemeroptera, Trichoptera y Plecoptera por el número total de individuos colectados. Dado que la mayoría de estos tres órdenes son sensibles a la contaminación, los valores más altos significan aguas más oxigenadas y limpias y, por ende, una mejor calidad del agua [14]. Los tres órdenes incluyen miembros con larvas de respiración branquial, por lo que solo pueden existir en ambientes acuáticos con altos niveles de oxígeno disuelto y bajo enriquecimiento orgánico [14], [22].

Por otra parte, al tratar con macroinvertebrados es importante cuantificar la diversidad o variabilidad que puedan presentar estos organismos en sus diferentes ecosistemas, teniendo en cuenta la diversidad dentro de la especie, entre especies y ecosistemas [23]. Para calcular la diversidad se aplicaron los índices de riqueza específica, el índice de Margalef, el índice de Menhinick y el índice de Shannon-Weaver. Todo esto con el fin de calificar y cuantificar la presencia, dominancia y distribución de una o varias especies en el río Frío [24]. Por otra parte, se elaboró la curva de acumulación, con el objetivo de verificar que el esfuerzo muestral fuera el adecuado.

Dada la importancia del río Frío para los municipios y veredas que hacen parte de su cuenca, el presente estudio se enfocó en evaluar, desde el punto de vista biológico y fisicoquímico, la calidad del agua de la cuenca, generando una información básica para estudios taxonómicos y ecológicos de diversos grupos de macroinvertebrados. Ello permitirá implementar acciones de preservación y monitoreo de los ecosistemas acuáticos. A su vez, este estudio ofrece información importante para estimar caudales ambientales, pues este trabajo hace parte de un proyecto, cuyo fin es evaluar la metodología IFIM para calcular caudales ambientales de algunos de los afluentes del río Bogotá.

Se colectaron 687 individuos, agrupados en 25 especies, correspondientes a 24 familias y estas, a su vez, pertenecientes a 12 órdenes. La familia Lymnaeidae fue la que mayor abundancia presentó con 268 individuos de los 687 encontrados (39 %). En la tabla 2 se muestra la cantidad de individuos recolectados a lo largo del proyecto, junto con su clasificación taxonómica correspondiente.

Tabla 2

T. 2

Con la integración de los índices bióticos y fisicoquímicos de calidad del agua, esta se determina de forma más precisa, pues se genera un acercamiento más detallado al estado de los cuerpos de agua. La cuenca del río Frío presentó un nivel bajo en abundancia, riqueza y diversidad de macroinvertebrados acuáticos, siendo los órdenes Basommatophora y Diptera (tabla 2) los más representativos; mientras que los organismos del orden Lepidoptera presentaron la menor abundancia para la cuenca. Esto posiblemente porque los organismos de este orden viven en aguas limpias y bastante oxigenadas [31], cualidades que no presenta la cuenca del río Frío.

Los organismos de la familia Lymnaeidae, perteneciente al orden Basommatophora, fueron los más abundantes, al encontrarse 268 individuos en total a lo largo del estudio (tabla 2). Estos organismos se caracterizan por ser tolerantes a la contaminación orgánica y a bajas concentraciones de oxígeno [31], [33].

Del orden Diptera los organismos más abundantes fueron los pertenecientes a las familias Simuliidae y Chironomidae (tabla 2). La presencia de organismos de la familia Simuliidae fue disminuyendo en cada una de las temporadas climáticas (TS = 53 individuos; TT = 20 individuos; TL = 16 individuos). Esto puede indicar una leve pérdida de la calidad del agua en el tiempo, ya que esta familia se caracteriza por habitar en aguas limpias [28]. A su vez, la presencia de organismos de la familia Chironomidae puede relacionarse con la capacidad que tienen estos organismos para sobrevivir en diferentes tipos de hábitats y tolerar ambientes enriquecidos de carga orgánica residual. Además, tienen algunas ventajas sobre otros macroinvertebrados, como la tolerancia a la presencia de materia orgánica y la alta disponibilidad de alimento [34].

Según los resultados mostrados en la tabla 3, se puede concluir que el río Frío no tiene un agua limpia; contrario a lo que señaló Venegas Abril [25], quien afirma que el río Frío no presenta notables niveles de contaminación, lo que sugiere una alta capacidad de respuesta a las perturbaciones antropogénicas, especialmente a las descargas agroindustriales. Dicha conclusión no se evidenció al llevar a cabo este trabajo, en el que se obtuvo que el río presenta aguas con una contaminación regular/moderada a lo largo del cauce. Esto se debe a varias razones: el desbordamiento del río en zonas planas, gracias a la ocupación de las márgenes del río en la zona urbana del municipio de Chía; la falta de implementación de tecnologías limpias en industrias y ganadería, y la contaminación por vertimientos orgánicos [27].

En la aplicación de los índices BMWP/Col, ASPT e IBF se presentó el inconveniente que algunas familias encontradas en el río no cuentan con un puntaje asignado para el cálculo de dichos índices. Los primeros no tienen en cuenta la familia lumbriculidae, y el IBF, por su parte, excluye a la familia Glossiphoniidae. Según esto, el IBF no mostró un patrón definido que pudiera indicar con claridad la calidad del agua; por tanto, se optó por el BMWP/Col y el ASPT, pues presentaron resultados bastante similares e indicaron una mejor tendencia para definir la calidad del agua. En el caso del ASPT, este tiene a su favor que genera la puntuación promedio por taxón e incluye en su cálculo la riqueza de familias. De acuerdo con esto, la mayoría de las estaciones tienen agua Clase III, dudosa (aguas moderadamente contaminadas).

Por su parte, de forma general, el índice EPT puede disminuir levemente sus valores cuando el volumen del agua es bajo o las condiciones del sustrato no favorecen la abundancia o el desarrollo de alguno de los taxones requeridos el índice [35], como es el caso del río Frío, cuyo lecho, a medida que transcurre el río aguas abajo, va cambiando de rocoso a arenoso, lo que no favorece la presencia de estos órdenes [6].

Los resultados de calidad del agua del río Frío corroboran la afirmación de Endara [36], la cual dice que la presencia de una comunidad de macroinvertebrados en un cuerpo de agua determinado es un índice inequívoco de las condiciones que allí están dominando y de que las fluctuaciones de contaminación que puedan presentarse no son lo suficientemente fuertes como para provocarle un cambio significativo.

La mayor abundancia de organismos está relacionada con la mayor disponibilidad de sustratos heterogéneos y con la mayor cobertura de vegetación ribereña intacta, que ofrece un mayor suministro de material alóctono que sirve como alimento y sustrato para la comunidad. Roque et al. [37] plantearon la hipótesis de que las áreas con mayor cobertura vegetal deberían tener una mayor riqueza taxonómica. Esto explica la baja diversidad de especies en el río Frío, como se comprobó al calcular los diferentes índices de diversidad, ya que las riberas del río presentan poca cobertura vegetal, y el fondo del cauce suele ser de textura arcillosa y rocosa.

La menor frecuencia de diferentes familias en la temporada lluviosa, en comparación con las de la temporada seca y de transición, podría estar relacionada con la pérdida de vegetación de ribera y su remplazo por vegetación arbustiva y exótica, y con una menor disponibilidad de sustratos heterogéneos (principalmente arena), como señalan Bueno et al. [38]; además de la disminución de oxígeno en la estación 3.

Sumado a esto, los resultados de baja diversidad están directamente relacionados con las actividades antrópicas que se realizan en la cuenca, las cuales van afectando la cobertura vegetal [39]. Esto reduce la entrada de luz al cuerpo de agua y, por lo tanto, se reduce la productividad primaria junto con la temperatura, lo que afecta directamente la diversidad de especies de macroinvertebrados [40].

Por otra parte, el oxígeno disuelto arrojó sus valores más altos en temporada de transición. Esto propició el aumento de varias familias de macroinvertebrados que requieren este elemento [41]. A su vez, en la temporada seca hubo mayor turbiedad y sólidos disueltos totales en el agua. En esta temporada se presentó la mayor diversidad de especies, puesto que por la baja velocidad del agua los individuos no eran arrastrados en gran medida.

En las correlaciones canónicas se evidenció que la turbidez es uno de los parámetros que presenta mayor afinidad con respecto a varias de las familias que se encontraron en río Frío, entre las que destacan Hydroptilidae, Simuliidae, Ephydridae, Ceratopogonidae y Tipulidae. La primera correspondiente al orden Trichoptera, y las otras cuatro, al orden Diptera, uno de los dos órdenes más representativos de este estudio (figura 2).

Esto muestra que la turbidez es uno de los factores que más afectan el desarrollo de las familias de macroinvertebrados, debido a que este parámetro es un limitante para la reproducción y asentamiento de familias que necesitan de oxígeno para subsistir [42]. A su vez, este parámetro está relacionado con los sólidos suspendidos, pues entre más sólidos suspendidos se encuentren en el cuerpo de agua su turbidez aumentará [43], [44].

Por otra parte, la familia Lymnaeidae presentó una afinidad directa con la velocidad, la profundidad y el pH. Las condiciones de este último en el río Frío fueron favorables para la presencia de esta familia; también muestra que si el pH llega a disminuir, la presencia de esta familia se verá amenazada, pues cuando el pH es muy ácido, derivará en una disminución de familias de caracoles, bivalvos, almejas, dáfnidos, efemerópteros y dípteros [14].

Comparando nuestros resultados con los del estudio que llevó a cabo Venegas Abril, en el 2013, en la cuenca del río Frío [25], se puede evidenciar el deterioro que ha sufrido la calidad del agua con el paso de los años. Se ha visto una reducción en los niveles de parámetros fisicoquímicos relevantes para el desarrollo de macroinvertebrados, como el oxígeno disuelto, pasando de un promedio de 9,1 mg/L, en el 2013, a 2,9 mg/L, en el 2017, y la temperatura, disminuyendo de 14,13 °C a 13,01 °C en el mismo periodo. Esto explica la baja biodiversidad y abundancia de macroinvertebrados presentes en la cuenca y, a la vez, sugiere una notable pérdida en la capacidad de respuesta del río frente a las perturbaciones antropogénicas, especialmente frente a las descargas agroindustriales [25].

La cuenca, desde su nacimiento en el páramo de Guerrero hasta su desembocadura en el río Bogotá presenta una fuerte alteración, debido a las diferentes actividades que se desarrollan en el área de influencia de la subcuenca, como lo son los diferentes cultivos de papa y cebolla, así como las actividades mineras y vertimientos industriales y domésticos. Todos estos factores han causado el deterioro de este cuerpo hídrico y reducido considerablemente sus caudales, nivel y calidad.

Este estudio ofrece información base para posteriores estudios y proyectos que se quieran desarrollar entorno al río Frío. Uno de estos es el caso de la estimación de caudales ambientales a través de la metodología IFIM (proyecto bajo el cual se llevó a cabo este estudio de calidad del agua). A partir de este se pueden determinar las condiciones hidrológicas, hidráulicas, geomorfológicas, limnológicas y de calidad del agua, lo cual permitirá obtener un diagnóstico integral del estado ambiental del río para establecer un manejo integrado y sostenible del recurso hídrico, determinando la calidad, cantidad y régimen de flujo de agua requerido para mantener los componentes, funciones y procesos de los ecosistemas acuáticos. Estos proporcionan bienes y servicios a la sociedad [45], [46]. Adicional a esto se pueden desarrollar proyectos en torno a los usos del suelo alrededor de la cuenca, con el fin de proteger la vegetación de ribera o hacer restauración ecológica en caso de ser necesario, teniendo en cuenta que dicha vegetación es fundamental para el equilibrio ecológico, debido a que ofrece protección para las aguas y el suelo, al funcionar como filtro y actuar como sistema depurador para evitar la erosión, reduciendo la sedimentación y la fuerza de las aguas que llegan a ríos, lagos y represas, y manteniendo la calidad del agua, al amortiguar el ingreso de contaminantes y regular la temperatura y la entrada de luz, lo que repercute en la estructura y la dinámica de los diferentes niveles tróficos [47], [48].

A su vez, la información obtenida en este estudio es útil para el planteamiento de un plan de manejo y ordenamiento de una cuenta, ya que este se encarga de mantener el equilibrio entre el aprovechamiento social y el aprovechamiento económico de los recursos, así como de conservar la estructura fisicobiótica de la cuenca, particularmente el recurso hídrico [49].

Los macroinvertebrados, como bioindicadores, son una gran alternativa para determinar la calidad del agua, gracias a sus diferentes grados de sensibilidad y tolerancia a la contaminación.