03 Oscoz 2/5/06 08:42 Página 19 Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006, 19-28. ISSN 0366-3272 Utilidad de un método de alícuotas para el análisis de la comunidad de macroinvertebrados bentónicos acuáticos Utility of a subsampling method for estimation of aquatic benthic macroinvertebrates community Javier Oscoz1, Francisco Campos2 y M. Carmen Escala1 1. Departamento de Zoología y Ecología, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra, Apdo. Correos 177. 31080 Pamplona, España. joscoz@alumni.unav.es. 2. Universidad Europea Miguel de Cervantes, c/ Padre Julio Chevalier, 2. 47012 Valladolid, España. PALABRAS CLAVE: Macroinvertebrados, Alícuotas, Abundancia, Estructura de la comunidad, Índices de diversidad. KEY WORDS: Macroinvertebrates, Subsampling techniques, Abundance, Community structure, Diversity indices. RESUMEN Se ha utilizado un método de alícuotas (por fracción fija) para estimar la comunidad de macroinvertebrados bentónicos en seis muestras recolectadas en diferentes ríos de Navarra (N España). Aunque el método descrito (Fig. 2) no permitió estimar correctamente la abundancia de macroinvertebrados, sí proporcionó buenas estimaciones de la estructura taxonómica (a nivel de familia), la estructura por grupos tróficos y de diferentes índices de diversidad. La estimación de la abundancia mejoraba cuanto mayor era el volumen de muestra analizado. Fue necesario estudiar más del 90% de la muestra para hallar todos los taxones diferentes, mientras que bastaba un 25% para tener una estructura taxonómica y de grupos tróficos similar a la real. El análisis de un 25% de la muestra, junto con una búsqueda suplementaria de grupos taxonómicos raros (RTG) en toda la muestra para encontrar aquellos organismos poco frecuentes, proporcionaba una mejor estimación de la estructura de la comunidad de macroinvertebrados, diversidad, equitatividad y riqueza. El uso de esta última metodología puede reducir el tiempo necesario para algunos estudios sin perder precisión en los resultados obtenidos, al menos a nivel de Familia. Sin embargo, su utilidad para estudios que requieran un mayor nivel taxonómico en la identificación debe ser comprobada. ABSTRACT A subsample method (by fixed fraction) was used to estimate benthic macroinvertebrates community in six samples recollected in different rivers of Navarra (N Spain). Although the described methodology (Fig. 2) didn’t estimate correctly the macroinvertebrate abundance in the sample, it provided valuable information about community structure (functional and taxonomic groups structure at Family level) and different diversity indices. The estimation in the abundance of macroinvertebrates improved as more subsamples was analysed. However, it would be necessary to analyse more than 90% of the sample to find all taxonomic groups in it, whereas only 25% of the sample had to be analysed to obtain the real taxonomic and functional groups structure. The analysis of the 25% of the sample, coupled with a supplementary rare taxonomic groups (RTG) search on the whole sample to discover the infrequent organisms, gave a better estimation of macroinvertebrate community structure, diversity, evenness and richness indices. The use of this subsample method can reduce time in macroinvertebrate studies without losing precision in the final results, at least at Family level. However, the validity of this methodology must be checked for studies at more detailed taxonomic level. 1. INTRODUCCIÓN El análisis del buen estado ecológico de los sistemas acuáticos mediante índices bióticos y de diversidad se basan en la presencia o ausencia de taxones indicadores de buena calidad en el medio, así como en la estructura de la comunidad existente. Dichos índices no son una medida directa del efecto producido por la polución, puesto que las alteraciones observadas en la biota pueden ser debidas, además de a la polución, a otros factores de estrés tanto naturales como de origen humano. Sin embargo este tipo de estudios, aplicados por ejemplo a una misma comunidad durante un tiempo, pueden detectar algunas alteraciones en la biota, mostrando que la comunidad y el medio físico se encuentran afectados, por lo que pueden considerarse como útiles indicadores de control y aviso. Obviamente, si la afección es de tipo químico se requiere un análisis químico para identificar y cuantificar el tipo de contaminante. Sin embargo en los últimos años se ha apuntado la necesidad de combinar los análisis químicos y biológicos, ya que no son sustitutivos sino complementarios (GARCÍA DE JALÓN et al., 1980; RAVERA, 2001). Uno de los grupos más utilizados en el estudio de los ecosistemas acuáticos lo constituyen los macroinvertebrados (JEFFRIS & MILLS, 1990; METCALFE-SMITH, 1992), habiéndose establecido diferentes índices bióticos con ellos (JOHNSON et al., 1993; RESH & JACKSON, 1993). Sin embargo, Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. 03 Oscoz 2/5/06 08:42 Página 20 20 J. OSCOZ, F. CAMPOS y M. CARMEN ESCALA la alta densidad de macroinvertebrados hace que el análisis cuantitativo de esta comunidad sea muy difícil y laborioso (ROSENBERG & RESH, 1993). Por ello el uso de índices basados en análisis cuantitativos está más limitado, mientras que los análisis cualitativos son más populares (RESH & JACKSON, 1993) aunque éstos últimos tienen también inconvenientes, como la peor detección de algunas alteraciones en el medio (p.ej. incrementos ligeros de materia orgánica, CAO et al., 1996; 1997) o la dificultad de los análisis estadísticos (RESH & JACKSON, 1993). Se han propuesto diferentes soluciones para reducir el tiempo y el esfuerzo necesarios en los análisis cuantitativos, incluyendo métodos de separación rápida de organismos (SOUTHWOOD, 1966; HYNES, 1970; SCHWOERBEL, 1975) o el uso de alícuotas o submuestras (SEBASTIEN et al., 1988; GREENWOOD, 1996; WALSH, 1997). Los métodos de separación no son aplicables universalmente (CUMMINS, 1992), ni con ellos se obtiene la eficiencia requerida (CAMPAIOLI et al., 1994). Por el contrario, el análisis de alícuotas reducen notablemente el tiempo y esfuerzo requeridos (HAUER & RESH, 1996) y se han convertido en técnicas más utilizadas (LAMBERTI et al., 1991; MASTRANTUONO, 1995). Su principal inconveniente es la dificultad en calcular correctamente el tamaño de la alícuota requerida para tener una idea precisa de la comunidad que se analiza (WRONA et al., 1982; SEBASTIEN et al., 1988), además de que pueden no hallarse algunos taxones infrecuentes o raros (WALSH, 1997). Los métodos de análisis mediante submuestras más utilizados en estudios de macroinvertebrados son: el método de contaje fijo y el método de análisis de fracción fija o alícuotas (BARBOUR & GERRITSEN, 1996; KING & RICHARDSON, 2002). Aunque el método de contaje fijo (entre 100 y 550 individuos) es utilizado más frecuentemente (CARTER & RESH, 2001), tiene algunos problemas para poder realizar el cálculo de algunos parámetros (COURTEMANCH, 1996; VINSON & HAWKINS, 1996). En este estudio se quiere analizar la utilidad de un método de fracción fija con el fin de conocer la estructura de la comunidad de macroinvertebrados bentónicos y llegar a estimar algunos índices de diversidad e índices bióticos. 2. MATERIAL Y MÉTODOS Para este estudio se han analizado seis muestras de macroinvertebrados (I-VI) recogidas en dos ríos de Navarra (N España), los ríos Larraun y Urederra (Fig. 1), ambos pertenecientes a la cuenca del Ebro. El río Larraun posee una cuenBol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. ca de 221 km2 y su rango de altitud oscila entre los 640 m en su nacedero hasta los 430 m en su confluencia con el río Arakil. Este río nace en la Sierra de Aralar y posee un caudal medio de 1,0 Fig. 1.–Área de estudio y localización de los puntos muestreados en los ríos Larraun y Urederra. –Study area and location of the samplin points in the Larraun and Urederra rivers. m3/s, con un máximo de unos 15 m3/s en épocas de crecida. Tras 1,5 km de recorrido el río desaparece por infiltración, volviendo a aparecer cerca de la localidad de Iribas, donde se encuentra el segundo nacedero del río Larraun, con un caudal medio de 2,3 m3/s y un máximo en época de crecidas de 30 m3/s. En sus 21 km de longitud el río discurre principalmente por un terreno calizo, y su lecho está compuesto principalmente por losas, bloques y cantos. La vegetación de ribera consiste principalmente de alisos (Alnus glutinosa), diferentes especies de sauces (Salix spp.), chopos (Populus nigra) y diferentes especies del género Quercus. Por su parte, el río Urederra nace y discurre por una zona kárstica en sus 19 km de recorrido, en los que drena una cuenca de 319 km2. Su caudal medio en la cabecera es de 03 Oscoz 2/5/06 08:42 Página 21 UTILIDAD DE UN MÉTODO DE ALÍCUOTAS EN COMUNIDADES DE MACROINVERTEBRADOS ACUÁTICOS 4,5 m3/s, alcanzándose valores máximos de 50 m3/s después de las lluvias invernales y el deshielo primaveral. Su lecho se compone principalmente de losas, bloques y cantos, y la vegetación de ribera está constituida principalmente por alisos y sauces (Salix purpurea y S. alba). Las muestras se recogieron mediante una red de 0,1 mm de tamaño de luz, habiendo sido fijadas en el lugar de muestreo y representaban diferentes condiciones y tramos de río (cabecera limpia (Muestra I), cabeceras con diferente grado de alteración (Muestras II, III y V), zonas medias con baja alteración (Muestra VI) y tramos bajos con notable alteración (Muestra IV). Hay que recordar que el objetivo de este estudio era conocer la utilidad de un análisis de alícuotas respec- 21 culó el volumen de la muestra, para lo que se vertía la muestra en una probeta con un volumen conocido de etanol, de manera que, restando al volumen resultante tras verter la muestra dicho volumen de etanol, se obtenía el volumen total de la muestra. Tras retirar el etanol, la muestra se volcaba en una bandeja plana, donde era mezclada y extendida uniformemente por agitación. Para obtener una alícuota se tomaba al azar de una parte de la bandeja una fracción de la muestra, calculándose el volumen de la alícuota de forma similar a como se había calculado el volumen total de la muestra. Se tomaron en total ocho alícuotas de cada muestra, mezclándose y extendiéndose nuevamente la muestra antes de tomar una nueva alícuota. Tras ello cada alícuota, así Fig. 2.–Esquema del método utilizado para la obtención de alícuotas. –Diagram of subsample method. to a una muestra dada de macroinvertebrados, no respecto al tramo de río, si bien se entiende que en este tipo de estudios las muestras recogidas van a ser representativas de la comunidad en el área de muestreo. En la Figura 2 se muestra el proceso realizado en el laboratorio para la toma de las alícuotas en cada muestra. Se tamizaron para eliminar el fijador y los sedimentos más finos, mientras que los restos de materia orgánica (hojas, ramas, algas o macrofitas) no eliminados en el campo fueron lavados, revisados y desechados. Se cal- como la parte de la muestra sobrante fue etiquetada y analizada. Se determinaron los macroinvertebrados mediante un estereomicroscopio (7x-45x) diferentes claves taxonómicas generales, principalmente las recogidas por MACAN (1975) y TACHET et al. (1984; 2000). Se determinaron los organismos hasta nivel de Familia (excepto para oligoquetos que se determinaron hasta clase), ya que dicho nivel es un buen indicador de las condiciones en el medio y reduce el tiempo requerido para su análisis (FURSE et al., 1984; GRAÇA et al., Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. 03 Oscoz 2/5/06 08:42 Página 22 22 J. OSCOZ, F. CAMPOS y M. CARMEN ESCALA 1995; THORNE & WILLIAMS, 1997; DOLÉDEC et al., 2000) y diferentes trabajos han demostrado una correlación positiva altamente significativa entre el número de familias y el de especies en macroinvertebrados (WILLIAMS & GASTON, 1994; WRIGHT et al., 1998). Además, se agruparon los individuos analizados en cuatro grupos funcionales (trituradores, colectores-filtradores, raspadores y predadores) de acuerdo con los criterios de CUMMINS (1974), ALLAN (1995) y BARBOUR et al. (1999). Los resultados obtenidos en cada una de las alícuotas se añadieron a los obtenidos en las alícuotas previas, de manera que la fracción analizada era así cada vez mayor. Finalmente se clasificó también la muestra entera, para conocer exactamente la composición y abundancia de macroinvertebrados. Los parámetros calculados fueron: – Abundancia estimada (N) y porcentaje (pi) de individuos para cada grupo taxonómico. – Número de taxones (S) – Porcentaje de individuos de cada grupo trófico. – Índice de diversidad de Shannon (H’= -∑ pi log2 pi) – Índice de equitatividad (E= H’/HMax) – Índice de diversidad de Simpson (D= ∑ pi2) – Índice de riqueza de Margalef (M= (S1)/In N) Estos parámetros se calcularon acumulativamente para cada alícuota, así como para el total de la muestra. Además, se calcularon también estos parámetros, excepto la abundancia (N), cuando se tenía analizado el 25% y el 50% de la muestra, añadiendo cada vez una búsqueda de grupos taxonómicos raros (RTG) en lo que restaba de muestra. Las diferencias entre la estructura de grupos taxonómicos y grupos tróficos de cada muestra con el total de la misma fueron analizadas mediante el test de χ2. 3. RESULTADOS La abundancia estimada de macroinvertebrados mediante alícuotas fue generalmente superior a la de la muestra total (Tabla I) (rango -15,7% a +23,5%). El error en esta estimación disminuyó conforme el porcentaje de muestra analizada era mayor, pero sólo se aproximó a la abundancia real cuando se analizó casi la muestra total. De igual manera, el número de taxones también aumentó, si bien un análisis del 90% de la muestra no aseguró el haber hallado todos los grupos taxonómicos presentes en la muestra. Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. Los índices de diversidad de Shannon, Simpson, la equitatividad y la riqueza de Margalef se comportaron de forma parecida en las diferentes muestras (Fig. 3). Así se obtuvieron valores similares a los de la muestra total para los índices de diversidad y ligeros descensos en el caso de la equitatividad, mientras que en el caso de la riqueza de Margalef el valor calculado aumentaba progresivamente con las sucesivas alícuotas. Para todos estos parámetros, el análisis de una fracción de la muestra (25% o 50%) unida a una búsqueda de RTG en la parte restante proporcionó valores prácticamente idénticos a los de las muestras totales. Respecto a la composición de grupos taxonómicos, las dos primeras alícuotas de la muestra II y la primera de las muestras V y VI fueron significativamente diferentes a las de la muestra total (Tabla II), mientras que el resto de muestras mostraron frecuencias similares a las de la muestra total desde la primera alícuota. De la misma manera, la estructura de grupos taxonómicos obtenida mediante el análisis de un 25% o un 50% de la muestra junto a la búsqueda de RTG fue similar a la estructura de la muestra total. En cuanto a la estructura de grupos tróficos, ésta sólo fue significativamente diferente para la primera alícuota de la muestra VI (Tabla III), mientras que en el resto de las muestras fue similar desde la primera alícuota. Por su parte, el análisis de un 25% y un 50% de la muestra junto a la búsqueda de RTG proporcionó una estructura de grupos tróficos similar a la hallada en la muestra total. 4. DISCUSIÓN Si bien el método de análisis mediante alícuotas descrito no estimó correctamente la abundancia real de macroinvertebrados en la muestra, sí fue capaz de describir de manera correcta la estructura de su comunidad. Por ello, los valores obtenidos mediante el análisis de alícuotas para los índices de diversidad de Shannon y Simpson fueron similares a los de la muestra total desde la primera alícuota, ya que ambos índices se basan en las frecuencias de cada grupo. Sin embargo, los índices de riqueza y equitatividad, al depender del número de taxones hallados, mostraron valores algo más diferentes del valor real. Además, en el caso de la riqueza, esta diferencia entre el valor estimado y el real fue mayor, ya que en su cálculo también influye la abundancia de macroinvertebrados. Debido a todo esto, la estimación de estos dos últimos parámetros mejora conforme se analiza una fracción mayor de la muestra. Por su parte, el análisis de una parte de la muestra com- 03 Oscoz 2/5/06 08:43 Página 23 UTILIDAD DE UN MÉTODO DE ALÍCUOTAS EN COMUNIDADES DE MACROINVERTEBRADOS ACUÁTICOS 23 Fig. 3.–Evolución del valor de los diferentes índices calculados en las diferentes alícuotas de las muestras analizadas. (H’: Diversidad de Shannon; E: Índice de equitatividad; D: Diversidad de Simpson; M: Riqueza de Margalef; RTG: Grupos Taxonómicos Raros). –Changes in the value of the different indices calculated in the six analysed samples of macroinvertebrates. (H’: Shannon diversity index; E: Evenness index; D: Simpson diversity index; M: Margalef richness index; RTG: Rare Taxonomic Groups. plementado con la búsqueda de RTG permitía obtener estimaciones correctas de todos estos índices, por lo que parecería más eficaz realizar esto en vez de analizar una parte importante de la muestra, ya que ni siquiera un análisis del 90% de la muestra permitía asegurar hallar todos los taxones, lo que llevaría a una peor estimación de la equitatividad y la riqueza. Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. 03 Oscoz 2/5/06 08:43 Página 24 24 J. OSCOZ, F. CAMPOS y M. CARMEN ESCALA Tabla I.–Resultados del análisis de las alícuotas en las muestras analizadas. (V: % de volumen acumulado en cada alícuota; N: Abundancia estimada; S: Taxones hallados en cada submuestra (acumulados); RTG: Grupos Taxonómicos Raros). –Data from subsamples in the six analysed samples of macroinvertebrates. (V: accumulative volume percentage of each subsample; N: estimated abundance; S: Taxonomic groups (accumulative) in each subsample; RTG: Rare Taxonomic Groups). Algunos autores proponen analizar un 25% de la muestra para hallar la composición real de la fauna de macroinvertebrados (CAMPAIOLI et al., 1994), o incluso menos (SCHWOERBEL, 1975). De acuerdo con nuestros resultados se necesitaría analizar al menos un 25% para poder estimar correctamente tanto la estructura de grupos taxonómicos como la de grupos tróficos. Sin embargo, esto llevaría a sobrestimar los grupos más abundantes, subestimando (o incluso ignorando completamente) a aquellos grupos infrecuentes con pocos individuos que pueden representar menos del 1% del total. Estos organismos poco frecuentes pueden proporcionar información valiosa sobre las variaciones en el medio (FAITH & NORRIS, 1989) y pueden ser importantes para diferenciar puntos de muestreo (WALSH, 1997), por lo que podría ser aconsejable incrementar la fracción a analizar para hallarlos, aunque ello llevaría a un incremento en el tiempo requerido para el análisis. No obstante, el análisis del 25% de la muestra complementado con la búsqueda de RTG podría ser una alternativa que requeriría menos tiempo, proporcionando buenas estimaciones tanto de la estructura de la comunidad de macroinvertebrados como de los diferentes índices aquí estudiados. El aumento del porcentaje de muestra analizado hasta el 50% complementándolo con la búsqueda de Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. RTG no variaba mucho las estimaciones halladas, por lo que no parece que el esfuerzo a realizar se vea compensado con los resultados obtenidos. Si bien KING & RICHARDSON (2002) encontraron que para pantanos o zonas húmedas un recuento de 200 individuos constituía el tamaño mínimo para estimar correctamente la composición de la comunidad de macroinvertebrados, en nuestro caso existieron alícuotas con 900 individuos que no permitieron estimar correctamente dicha composición. Por lo cual parece menos apropiado, al menos para estudios de muestras de río, realizar recuentos de un número fijo de individuos para estimar la composición de la comunidad de macroinvertebrados, salvo que se aumente notablemente el número de individuos a analizar. 5. CONCLUSIONES La aplicación del método de las alícuotas (u cualquier otro similar) supone realizar previamente un análisis del balance entre la precisión requerida y el coste que suponga (sobre todo en tiempo), de manera que se consiga reducir costes sin alterar seriamente los objetivos perseguidos (RESH & MCELRAVY, 1993). En este sentido, 03 Oscoz 2/5/06 08:43 Página 25 UTILIDAD DE UN MÉTODO DE ALÍCUOTAS EN COMUNIDADES DE MACROINVERTEBRADOS ACUÁTICOS 25 Tabla II.–Composición (%) de los cuatro grupos taxonómicos más importantes en cada alícuota y en la muestra total. χ2: Test chi-cuadrado. P: Probabilidad. RTG: Grupos Taxonómicos Raros. –Composition (%) of the four main taxonomic groups in each subsample and in the whole sample. χ2: test comparing the numerical composition of each subsample with the total sample. P: Probability. RTG: Rare Taxonomic Group. Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. 03 Oscoz 2/5/06 08:43 Página 26 26 J. OSCOZ, F. CAMPOS y M. CARMEN ESCALA Tabla III.–Estructura de grupos tróficos (porcentaje acumulado) en cada alícuota y en la muestra total. χ2: Test chi-cuadrado. P: Probabilidad. RTG: Grupos Taxonómicos Raros. –Accumulative percentages of the functional groups of macroinvertebrates found in subsamples and in whole sample. χ2: comparison test between subsamples and the whole sample. P: Probability. RTG: Rare Taxonomic Group. Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. (Sec. Biol.), 101 (1-4), 2006. 03 Oscoz 2/5/06 08:43 Página 27 UTILIDAD DE UN MÉTODO DE ALÍCUOTAS EN COMUNIDADES DE MACROINVERTEBRADOS ACUÁTICOS parece que el análisis de un 25% de la muestra suplementado con una búsqueda de RTG representaría una herramienta útil para el estudio de la comunidad de macroinvertebrados acuáticos, al menos a nivel de familia, pues permite simplificar el trabajo con una pérdida mínima de la información. Sin embargo, su utilidad en estudios que requieran un nivel taxonómico más preciso en la identificación debería ser comprobada. AGRADECIMIENTOS Queremos expresar nuestro agradecimiento al Dr. Arturo H. Ariño por la ayuda prestada en la realización de este trabajo. Recibido el día 21 de junio de 2004 Aceptado el día 25 de enero de 2005 BIBLIOGRAFÍA ALLAN, J. D. 1995. Stream ecology. Structure and function of running waters. 388 págs. Chapman & Hall. Londres. BARBOUR, M. T. & GERRITSEN, J. 1996. Subsampling of benthic samples: a defense of the fixed-count method. Journal of the North American Benthological Society, 15(3): 386-391. BARBOUR, M. T., GERRITSEN, J., SNYDER, B. D. & STRIBLING, J. B. 1999. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers: Periphyton, benthic macroinvertebrates and fish. Second Edition. EPA 841-B-99-002. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water. Washington DC. CAMPAIOLI, S., GHETTI, P. F., MINELLI, A. & RUFFO, S. 1994. Manuale per il riconoscimento del macroinvertebrati delle acque dolci italiane, 1. 357 págs. Provincia Autonoma di Trento. Trento. CAO, Y., BARK, A. W. & WILLIAMS, W. P. 1996. 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