E.QA04 - Asociación Mesoamericana de Ecotoxicología y Química

Metales pesados en sedimento del sistema lagunar CarmenMachona- Pajonal, Tabasco
Gabycarmen Navarrete Rodríguez 1,*, María del Refugio Castañeda Chávez1,+, Fabiola Lango
Reynoso1
1
+
1
Instituto Tecnológico de Boca del Río (1ITBOCA – LIRA)/Km. 12 Carretera Veracruz-Córdoba,
C.P. 94290; Boca del Río, Veracruz, México. Tel/Fax (229) 986-01-89 ext.
114/castanedaitboca@yahoo.com.mx
María del Refugio Castañeda Chávez; Tel.: +229-158-99-35; Fax: +229-986-01-89 ext. 114 Km. 12
Carretera Veracruz-Córdoba.
Área del Conocimiento: Concentración / destino /transporte de contaminantes
Resumen
Los sedimentos en sistemas costeros actúan como los principales depósitos de contaminantes
incorporados por fuentes naturales y antropogénicas. Donde estos actúan como indicadores
de la contaminación por metales pesados. Debido a lo antes mencionado el objetivo de este
trabajo fue evaluar los niveles de metales pesados en sedimentos superficiales y su
granulometría. La colecta de muestras fue realizada con una cuchara plástica; estas fueron
secadas a 60 °C y molidas con mortero. La digestión se realizó con HNO 3 suprapuro en
microondas marca CEM Mars X y la lectura fue llevada a cabo empleando un
espectrofotómetro de absorción atómica Thermo Cientific Ice 3500 AA System. En los
sedimentos, predominaron los granos gruesos con 90.61 %, los lodos y arcillas constituyeron
un 10.60 %; respecto a la materia orgánica el máximo fue 16.88 % ± 2.58. La concentración
promedio fue Cu 10.05 µg g-1 ± 2.25 > Pb 7.35 µg g-1 ± 1.97 > Cd 1.96 µg g-1 ± 0.54, Cu. Se
registró diferencia significativa entre los niveles de Cu-Pb (p>0.05). Mientras, por época se
registró la mayor concentración durante el estiaje para Pb 5.24 ± 1.74 y Cu 8.96 ± 1.36; para
Cd correspondió a nortes con 0.56 ± 0.95. Sin embargo, las concentraciones presentaron
valores relativamente bajos, según estándares internacionales, debido a la falta de legislación
nacional, sobre metales en sedimentos estuarinos. Puede concluirse que el contenido de
metales en sedimentos del sistema lagunar Carmen-Machona-Pajonal no representa un
riesgo, para la biota acuática y la salud del ecosistema.
Palabras clave: lagunas costeras; parámetros fisicoquímicos; tamaño de grano; límites
permisibles.
Abstract
The sediments in coastal systems act as the primary repositories of contaminants
incorporated by natural and anthropogenic sources. Where they act as indicators of heavy
metal pollution. Due to the above the aim of this study was to assess levels of heavy metals
in surface sediments and grain size. The collection of samples was performed with a plastic
spoon, and these were dried at 60 ° C and crushed with mortar. The digestion was performed
with HNO3 suprapuro CEM microwave Mars brand X and reading was carried out using an
atomic absorption spectrophotometer Cientific Ice Thermo System AA 3500. In sediments
predominated with 90.61% coarse grains, silts and clays were a 10.60% over the maximum
organic matter was 16.88% ± 2.58. The average concentration was 10.05 mg Cu g-1 ± 2.25>
7.35 mg Pb g-1 ± 1.97> 1.96 mg Cd g-1 ± 0.54, Cu. There was significant difference
between the levels of Cu-Pb (p> 0.05). Meanwhile, time was recorded by the highest
concentration during the dry season for Pb and Cu 5.24 ± 1.74 8.96 ± 1.36, for Cd
corresponded to windy with 0.56 ± 0.95. However, the concentrations values were relatively
low by international standards due to the absence of national legislation on metals in
estuarine sediments. It can be concluded that the content of metals in sediments of the
lagoon system Carmen-Machona-Pajonal does not represent a risk to aquatic biota and
ecosystem health.
Keywords: coastal lagoons; physicochemical parameters; grain size; permissible limits
1. Introducción
Los sedimentos actúan como reservorio para la introducción de metales pesados en el medio
ambiente acuático, debido a que actúan como fuente secundaria de contaminación en el ambiente
marino [1, 2, 3]. El análisis de sedimentos y organismos es indispensable para evaluar la calidad de los
ambientes costeros, estos.son considerados indicadores de contaminación. [4]. Los sedimentos son
importantes en las investigaciones geoquímicas, debido a que su caracterización puede ayudar a
comprender condiciones como la concentración de contaminantes, su relación con las características
generales y típicas de cada zona en áreas marinas costeras [5].
Los metales pesados son componentes naturales de la corteza terrestre, rocas, suelos, sedimentos,
erupciones volcánicas y agua. Sin embargo, estos metales si se encuentran como elementos traza,
pueden elevar sus concentraciones en sedimentos superficiales de las zonas costeras alteradas por las
actividades antropogénicas, [6, 7] y guardan una relación con las características sedimentológicas,
cantidad de materia orgánica, que altera el equilibrio ecológico y biogeoquímico del ecosistema [8]. En
material particulado o sedimento son fácilmente adsorbidos la mayoría de los metales, donde los
primeros actúan como sitios finales de depósito y cuyos niveles pueden fluctuar en una concentración
de 103 a 107 mayor que la presente en la columna de agua [6].
Algunos metales pesados como Pb, Ni, Hg, Cd y Cr destacan entre los contaminantes tóxicos
persistentes, los cuales son vertidos en desechos municipales e industriales de las poblaciones aledañas
y cuyo destino final son los ecosistemas costeros como lagunas o son descargados directamente al mar
[9]. Por lo cual, los metales pesados se incorporan al sedimento desde los cuerpos de agua produciendo
un aumento progresivo de sus concentraciones en el tiempo y su posterior bioacumulación en los
organismos presentes en el ecosistema [8]. El sistema lagunar Carmen-Pajonal-Machona posee gran
importancia ecológica y económica debido a su alta productividad [10]. Por lo cual el objetivo de esta
investigación fue evaluar la concentración de metales pesados en sedimento del complejo lagunar
Carmen-Machona-Pajonal, Tabasco.
2. Materiales y Métodos
El sistema lagunar Carmen-Pajonal-Machona se encuentra situado en el extremo oeste de la llanura
costera de Tabasco; entre los entre los paralelos 18° 14' y 18° 18' de latitud N y los meridianos 93° 45'
y 93° 53' de longitud O [11]. El periodo colecta comprendió los meses de noviembre de 2010, marzo y
mayo de 2011. Se seleccionaron 11 estaciones de muestreo y su ubicación se georeferenció con un
equipo GPS (GARMIN International Inc, Olathe, Kansas, USA). También fueron monitoreados in situ
los parámetros fisicoquímicos; temperatura (°C), salinidad (‰), Oxigeno (mg L -1) y pH, a nivel medio
de la columna de agua con una sonda YSI Modelo 556-MPS (YSI Inc. Yellow Springs, OH, USA). La
colecta de sedimentos superficiales fue realizada en las inmediaciones de los bancos ostrícolas con
ayuda de gafas ostrícolas, se colectó aproximadamente 0.5 Kg de muestra por estación y conservaron
en bolsas Ziploc® a una temperatura de 4°C, hasta su posterior procesamiento.
En el laboratorio las muestras de sedimento se secaron en un horno a 70 °C; el molido se realizó en un
mortero de porcelana y conservaron en bolsas herméticas, hasta su procesamiento. El análisis
granulométrico se realizó tomando 30 gramos de sedimento seco de cada estación, la disgregación de
partículas fue por adición de peróxido de hidrogeno y (NaPO 3)6. Posteriormente, se empleó el método
de pipeteo de acuerdo con Holme & McIntyre (1971) y el tamizado empleando la escala de Wentworth
(1922). El porcentaje de materia orgánica se determino mediante pérdida de peso por ignición (Arocena
y Conde, 1999). El procesamiento de las muestra y preparación del material empleado en la
determinación de metales pesados se realizó de acuerdo a las especificaciones de la Norma Oficial
Mexicana-242-SSA1-2009 [12].
Figura 1. Área de estudio y ubicación de estaciones de muestreo y bancos ostrícolas en el sistema
lagunar Carmen-Machona-Pajonal, Tabasco.
La digestión se llevó a cabo en microondas CEM MARS X, con 0.5 gramos de muestra y 9 ml de HNO3
grado reactivo. Todas las corridas fueron realizadas con una muestra blanco y un control. Concluida la
digestión, las muestras obtenidas se filtraron en una botella Nalgene con filtros Millipore de
nitrocelulosa de 0.45 µm. El filtrado fue transferido a un matraz volumétrico de 25 ml y aforado con
agua Tipo II, se homogeneizaron, transfirieron a frascos ámbar de vidrio y conservaron en refrigeración
a 4°C. La lectura de metales pesados fue realizada mediante espectrofotometría absorción atómica de
flama en un equipo Thermo Cientific Modelo Ice 3500 AA System (Thermo Cientific®, China).
Se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) a las concentraciones de metales pesados durante épocas y
estaciones. Se realizó una prueba a posteriori de comparaciones múltiples de Tukey para determinar la
diferencia significativa entre los datos. También, se realizo una correlación entre la concentración de
metales pesados y los parámetros fisicoquímicos El análisis estadístico fue realizado con el paquete
estadístico STATISTICA versión 7 (StatSoft, Inc. Tulsa, OK, EE.UU).
3. Resultados
La distribución de los sedimentos indicó que la fracción de las partículas finas, corresponden a granos
que son considerados como limo-arcillosos. Con predominio de las arenas (AR) con máximos de 90.61
% en la Estación 3, limos gruesos (LG) tuvieron un 36.04 %, limos medios (LM) 15.20 % y finos (LF)
con 10.60 %, correspondieron a la estación 9; mientras, las arcillas gruesas (AG) un 0.57 %. Las
partículas finas (limos y arcillas) fueron altas para la E6, con bajos niveles de GG (Figura 2). Mientras,
la materia orgánica el máximo fue 16.88 % ± 2.58, presente en la estación 6; seguido por la estación 4
con 14.87 %.
El Cu presentó los mayores resultados, seguido por Pb y Cd. Donde, el máximo valor para la
concentración de Cu obtenido fue de 9.2863 µg g-1, mientras la mínima concentración se reportó de
3.9707µg g-1 en la E3. Para el caso del Pb, este registró un valor máximo de 5.7901 µg g-1 y la mínima
concentración se mostró de 1.8315 µg g-1. El Cd en cinco de las estaciones de muestreo, fueron N.D.
(fuera del límite de detección); el valor promedio fue de 0.5750 µg g -1; las máximas concentraciones
correspondieron a las estaciones E4 y E8, estas estaciones mostraron valores de 0.983 µg g -1 y 0.98175
µg g-1 respectivamente. La concentración mínima obtenida fue de 0.074 µg g -1. Las concentraciones
máximas obtenidas en esta investigación fueron cercanas a 1 µg g-1; en otras estaciones se obtuvieron
niveles N. D, pese al alto contenido de materia orgánica detectado en todas las estaciones muestreadas.
No se obtuvieron diferencias significativas (p>0.05) en las concentraciones para un solo metal, así
como entre Pb, Cu y Cd para la estaciones 2, 3 y 9, Pb y Cd en las estaciones 4, 5, 6, 7,8 y 10 (Figura
2). Mientras Pb y Cu si presentaron diferencia en estas últimas (p<0.05).
13
a
b
12
11
10
ab
Concentración µg g-1
9
8
a
7
6
a
5
a
4
3
2
1
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pb
Cu
Cd
Estación
Figura 2. Concentraciones de metales pesados en sedimento obtenido por estación, durante
Noviembre, Marzo y Mayo en el sistema lagunar Carmen-Machona-Pajonal. Diferente superíndice
indica diferencia significativa.
La temporalidad en la concentración de metales presentó un patrón similar Cu 8.36 µg g-1 > Pb 5.24 µg
g-1 > Cd 0.56 µg g-1; donde el Cu presentó los máximos valores durante las tres épocas. Las máximas
concentraciones de Cu y Pb se registraron en la época de estiaje, mientras para Cd correspondió a la
temporada de lluvias, esta variabilidad puede estar influenciada por factores hidrológicos y
fisicoquímicos presentes en la zona de estudio. No se registró diferencia significativa entre Cd - Pb, y
Pb-Cu, así como de manera individual para cada metal entre las épocas (p>0.05), pero si se registró
esta diferencia entre Cd y Cu para la temporada de lluvias (p<0.05). Durante la temporada de estiaje se
obtuvieron las mayores concentraciones para los 3 metales pesados. Las correlaciones entre la
concentración de metales pesados y los parámetros fisicoquímicos fueron bajas y poco significativas
(p>0.05).
Cuadro 1. Comportamiento promedio de Pb, Cu y Cd (x ± S.D µg g -1 peso seco) en sedimento del
sistema lagunar Carmen-Machona-Pajonal, Tabasco por mes.
COMPORTAMIENTO DE METALES PESADOS POR MES µg g -1
Temporada
Pb
Cu
ac
Lluvias
2.37 ± 2.91
Nortes
2.74 ± 1.68c
6.78 ± 2.97d
Estiaje
c
d
5.24 ± 1.74
5.99 ± 3.50
Cd
abd
8.36 ± 1.36
0.56 ± 0.95be
N. D
0.30 ± 0.74e
4. Discusión
La granulometría de los sedimentos puede estar influenciada por factores como, los sistemas de
corrientes y la topografía de la laguna [13]. La textura la mayoría de los sedimentos lagunares de
Carmen-Machona-Pajonal corresponde a limos terrígenos de grano grueso a muy fino [11], mientras
para esta investigación se registraron los máximos porcentajes de limos en las estaciones 6 y 9 fueron
50.91 % y 61.85; en el resto de las estaciones, predominaron las arenas con un máximo de 90.61 % y
un mínimo de 37.92 %. En relación a los porcentajes de materia orgánica, estos presentaron valores
discrepantes con un rango de 9.92 % a 16.88 %; difiriendo parcialmente a lo reportado con en
sedimentos arenosos- limosos y arenosos de la laguna Carmen un 10 % de materia orgánica [11].
Posiblemente asociada con el mayor aporte de agua de los ríos durante la época de Lluvias y el arrastre
en la época de nortes trae como consecuencia mayor cantidad de materia orgánica a éstos, que luego es
depositada en los sedimentos. Las correlaciones obtenidas entre el porcentaje de materia orgánica y los
metales fueron bajas y poco significativas, debido a la gran cantidad de arenas presente en todos las
estaciones muestreadas, coincidiendo con una baja concentración de metales debido a las
características granulométricas del sedimento, donde predomino un mayor porcentaje de arenas con
bajos contenidos de limos, arcillas y bajo contenido de materia orgánica [14].
La máxima concentración de metales obtenida en esta investigación fue 9.2863 µg g -1 Cu, estos valores
se encuentran al límite de superar el nivel de Cu para sedimentos no contaminados, este debe ser
inferior a < 10 µg g-1 [8]. No obstante, estos fueron inferiores a los resultados obtenidos en suelo del
Activo Cinco Presidentes, ubicado varios cientos de kilómetros antes de la zona de estudio en este
trabajo; donde obtuvieron un valor promedio de 24.7 µg g-1, mientras el máximo fue 125 µg g-1 [15]. La
elevada concentración de metales pesados en regiones costeras es resultado de procesos naturales y
antropogénicos, coincide con los estudios llevados a cabo por más de 25 años que demuestran altas
concentraciones de algunos metales pesados en los ecosistemas lagunar estuarino [16].
Para el caso del Pb las concentraciones obtenidas difirieron significativamente con lo reportado para las
lagunas Carmen-Machona 33 µg g-1 como Pb total y 13.27 µg g-1 de Pb biodisponible [6]; también
para otra laguna de Tabasco El Yucateco se registró un máximo de117 μg g -1 [17]. Debido a la
existencia de una relación directa de esta concentración con la introducción continua y masiva de aguas
residuales; además, de las emisiones atmosféricas provenientes de las áreas urbanas e industriales de
Villahermosa [6]. Debido a las características volátiles del Pb y su tendencia a depositarse en áreas
distintas a las de su origen. Los niveles de Pb inferiores a 5 μg g-1 son considerados no contaminantes
[8]; por lo cual los resultados obtenidos en esta investigación, ya podrían considerarse como
sedimentos contaminados con Pb. No obstante, otras investigaciones consideran que solo un valor de
Pb en sedimentos superior a 46.6 μg g -1 podrían presentar efectos biológicos adversos a los organismos
acuáticos (ERL) [18]; los valores de Pb obtenidos en esta investigación se encuentran muy por debajo
de este valor y no representa aun ningún efecto adverso a la biota acuática.
El contenido de Cd se encontró fuera del límite de detección, para cinco estaciones, el resto de las
concentraciones fueron menores a la concentración total de 1.3 µg g -1 y 0.36 µg g-1 de Cd biodisponible
obtenidos en las lagunas Carmen-Machona [17]. Sin embargo, los resultados de esta investigación
tuvieron un comportamiento similar a lo reportado en la laguna Huizache-Caimanero, donde el rango
fue de 0.10 a 0.92 μg g-1 [19], pero en concentraciones menores al límite de concentración
recomendado como máximo para sedimentos 1 μg g-1 [1]. Asimismo, estos resultados difirieron a lo
reportado las lagunas de Tabasco El Yucateco y Limón, con 5.18 μg g-1 y 3.22 μg g-1, respectivamente;
relacionaron estos valores con las descargas urbanas, las características sedimentológicas y el
contenido de materia orgánica del sedimento; el cual es capaz de formar complejos orgánicos con el
Cd, así como de los desechos industriales de estas zonas [17].
La temporalidad del rango de concentración de metales esta puede estar influenciada por factores
hidrológicos y fisicoquímicos presentes en la zona de estudio. Coincidiendo con el efecto de un mayor
hidrodinamismo ocasionado por el dragado y desazolve, puede ser el principal origen de un menor
contenido de metales pesados en laguna San Andrés [20]. Además, registraron las máximas
concentraciones de Pb, se relacionaron con un bajo flujo de agua, debido a la lejanía de los aportes del
rio y la barra de la laguna. También ha sido indicada la relación existente entre el contenido de metales
en sedimento y ostiones de lagunas costeras, estará influenciado por el periodo de sequias, la entrada de
agua de ríos y el mar [21]. Coincidiendo con Galavíz (2003) quien señaló la influencia del aporte de
metales pesados durante la época de lluvias se debe a su acarreo de zonas de cultivo de caña, piña,
tamarindo y sandia donde son empleados fertilizantes [22].
La correlación entre la concentración de metales y parámetros fisicoquímicos obtenidos en esta
investigación, presentaron un comportamiento diferente (p>0.05); en comparación la correlación
reportada por otras investigaciones entre la bioacumulación de contaminantes químicos en organismo y
los cambios físicos que presentan los metales, se debe a su dependencia con las variables
medioambientales; temperatura, dureza del agua, salinidad, agentes quelantes, pH, materia orgánica
[23]. Sin embargo, hubo coincidencia con los valores reportados en otra investigación con un valor
similar (p>0.05), debido a la cantidad de datos analizados [24].
5. Conclusiones
Las concentraciones de metales pesados en el sistema lagunar Carmen-Machona-Pajonal se encuentran
dentro de los límites establecidos para ocasionar efectos biológicos adversos a organismos acuáticos,
por lo cual no representan un riesgo para la salud del ecosistema y biota acuática. En México se carece
de una legislación sobre límites permisibles de metales pesados en sedimentos, por lo cual es necesario
continuar con el monitoreo para evaluar la presencia de metales en los ambientes costeros de México y
establecer una legislación que regule estos contaminantes.
Agradecimientos
Al INAPESCA-CONACYT por los recursos otorgados para realizar el proyecto titulado “Estudio para
el aprovechamiento sustentable de los recursos pesqueros del sistema lagunar Carmen-MachonaPajonal, Tabasco, México., basado en el manejo ecosistémico”; con clave de registro No.
000000000126964. Al Instituto Tecnológico de Boca del Río, por las facilidades prestadas en la
realización del mismo.
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