mi tesis doctoral
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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
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
Vertidos en ecosistemas acuáticos
Niveles preocupantes de contaminación
Acumulación en sedimentos
Efectos sobre los seres vivos
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
Entrada Salida
Agua
Sedimento
Receptor contaminantes
Fuente contaminantes
Organismos bentónicos
Bioacumulación
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
CALIDAD AMBIENTAL DE SEDIMENTOS
¿Contaminantes presentes y su concentración?
¿Contaminantes biodisponibles y su concentración?
¿Efectos biológicos?
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
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
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
MÉTODOS INTEGRADOS
Varios métodos
Confirmación de resultados
Visión global
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
DESARROLLAR UN MÉTODO INTEGRADO
Visión global
Simplicidad
RÍA DE HUELVA
Gran extensión geográfica
Variedad de ecosistemas
Elevados niveles de contaminación
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
Ría de Punta Umbría
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
Faja Pirítica Ibérica
Río TintoRío Odiel
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
CONTAMINACIÓN NATURAL
FeS2 + O2 + H2O FeSO4 + H2SO4
Bacterias
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
Río OdielRío Tinto
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
Punta Umbría
Huelva
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
3.1.TOMA DE MUESTRAS
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
3.3.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
3.1.TOMA DE MUESTRAS
3.1.TOMA DE MUESTRAS
Deriva litoral
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
3.1.TOMA DE MUESTRAS
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
3.3.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
GRANULOMETRÍA
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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
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
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
ANÁLISIS QUÍMICOS (CONTENIDO TOTAL DE METALES)
ELIMINACIÓN CARBONATOS
ANALIZADOR INFRARROJOS
CARBONOORGÁNICO TOTAL
MUESTRA SECA Y TAMIZADA
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
ANÁLISIS QUÍMICOS (CARBONO ORGÁNICO TOTAL)
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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
MO
VIL
IDA
D Y
B
IOD
ISP
ON
IBIL
IDA
D1
2
3
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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)
MUESTRA SECA Y TAMIZADA
EXTRACCIÓN(5 HORAS)
EXTRACCIÓN(1 HORA)
MUESTRA SECA Y TAMIZADA
MgCl2(1 M)
FRACCIÓN INTERCAMBIABLE
ACETATO SÓDICO (1 M)
FRACCIÓN UNIDA A CARBONATO
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
BIODISPONIBILIDAD (EXTRACCIÓN CON PROTEASA K)
EXTRACCIÓN(3 HORAS)
EXTRACTO
PROTEASA K(0,4 mg/ml)
MUESTRA SECA Y TAMIZADA
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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
1
2
3
SUSPENSIÓN DE SEDIMENTO
ADICIÓN DE BACTERIAS
CÁLCULO DE LA CE50 (UT/g)
DILUCIONES
INCUBACIÓN
INTENSIDAD LUMINOSA
BLANCOS
INCUBACIÓN
INTENSIDAD LUMINOSA
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
TOXICIDAD
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
TOXICIDAD
INT
EN
SID
AD
LU
Z
TIEMPO
TURBIDEZ
BACTERIASNaCl 2%SEDIMENTO
SENSOR
T4
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
3.1.TOMA DE MUESTRAS
3.2.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
3.3.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
MUESTRA ORGANISMOS
HOMOGENEIZACIÓN
TAMIZADO (>0,5 mm)
IDENTIFICACIÓNY RECUENTO
3.3.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD MACROBENTÓNICA
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
4.2.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
4.3.MÉTODO INTEGRADO
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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
1
2
3
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
Tipo de sedimento
Arena gruesa-media
Arena fina
Arena muy fina
Limo
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
GRANULOMETRÍA
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
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)
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
CONTENIDO TOTAL DE METALES (mg/Kg)PIRÍTICOS
0
250
500
750
121180
247 274215
341275 301 296 310
416 396352
190237 220
178
Mn
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
CONTENIDO TOTAL DE METALES (mg/Kg)
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
25
50
75
100
18
33 30 2717
2533
4031 30
40 3931
8 10 149
Ni
NO PIRÍTICOS
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
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)
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
CARBONO ORGÁNICO TOTAL (%)
PIEDRAS (1,33)
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
MO
VIL
IDA
D Y
B
IOD
ISP
ON
IBIL
IDA
D
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS1
2
3
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
MOVILIDAD (EXTRACCIONES SECUENCIALES)
PIRÍTICOS
NO PIRÍTICOS
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
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)
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
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS1
2
3
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
100020003000400050006000700080009000
10000
2500
5300
6400
8700
2540
3500
8000
6300
5200
21502900
25002100
54 67 230 210
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
TOXICIDAD (UT/g)
UMBRAL (100)GUADALQUIVIR
(115)
L1 L2 L3 L4
5467
230
210
LITORAL HUELVA (30)
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
100020003000400050006000700080009000
10000
2500
5300
6400
8700
2540
3500
8000
6300
5200
21502900
25002100
54 67 230 210
RÍO KAFUE (4.880)
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
TOXICIDAD (UT/g)
PUERTO RONNEBY
(9.300)
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
4.2.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
4.3.MÉTODO INTEGRADO
4.2.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
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
ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD MACROBENTÓNICA
SPIONIDAE CAPITELLIDAE NEPHTYIDAE
ANÉLIDOS
ANTHURIDAEDIOGENIDAE GAMMARIDAE
CRUSTÁCEOS
CARDIIDAEVENERIDAE
MOLUSCOS
DONACIDAE
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
5
10
15
20
4 5 6
9
4 57 6
108 7 8 7
1518
13
17
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
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
4.2.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD MACROBENTÓNICA
NÚMERO DE FAMILIAS
ÍNDICE DE DIVERSIDAD DE SHANNON-WIENER
ÍNDICE
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
5.CONCLUSIONES
4.1.ANÁLISIS DE SEDIMENTOS
4.2.ANÁLISIS DE ORGANISMOS VIVOS
4.3.MÉTODO INTEGRADO
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
4.3.MÉTODO INTEGRADO
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
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
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L405
1015202530
13
18 19
28
9 10
14 1417
7
15 14 13
1 1 2 2
4.3.MÉTODO INTEGRADO
ÍNDICES DE CONTAMINACIÓN
ICI: ÍNDICE CONTAMINACIÓN INORGÁNICA
IAM: ÍNDICE ALTERACIÓN MACROBENTOS
T1 T2 T3 T4 O1 O2 O3 O4 O5 RP C1 C2 C3 L1 L2 L3 L40
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
4.3.MÉTODO INTEGRADO
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
1.INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
2.CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA
3.MÉTODOS EXPERIMENTALES
4.RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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
CARBONO ORGÁNICO TOTAL
• 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
ESTRUCTURA DE LA COMUNIDAD MACROBENTÓNICA
• 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
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