Análisis de riesgo ecológico asociado a contaminantes en el agua y la tilapia Oreochromis niloticus (Linneaus, 1758), de la presa Tenango, Puebla Public Deposited
In response to growing demands for water derived from population growth, industry, livestock, and agriculture, people have built dams; some of which were built in areas that later were designated as protected natural areas. There is little information regarding the water conditions of these sites, the influence of the human activities settled on the periphery on these water bodies and, in turn, the impact on the surrounding ecosystems due to man-made water pollution, which is why it is necessary to implement ecological risk studies (ERE). Therefore, a study was carried out in the Tenango Dam, Puebla, whose objective was to analyze the ecological risk represented by the possible exposure to metals: lead (Pb), cadmium (Cd), chromium (Cr), copper (Cu) and the pesticide Benomilo, through the determination of the water quality and tilapia (Oreochromis niloticus) health, its bioconcentration and some biomarkers in the fish (acetylcholinesterase and metallothioneins levels). To carry out the present work, five field collections were done during 2015. 34 geo-referenced water collection stations were established, in which physicochemical parameters such as temperature, pH, dissolved oxygen and hardness were analyzed; nutrients such as nitrates, nitrites, and phosphorus; metals (Cd, Cr, Cu, and Pb) as well as the pesticide Benomyl were determined. In each collection, 30 specimens of tilapia (Oreochromis niloticus) were captured and identified. Fish were assessed through the quality specifications of SAGARPA for the commercialization of tilapia, and the same metals, quantified in water, and Benomyl levels were evaluated. Also, the bioconcentration factor and metallothionein levels in liver and muscle were quantified. Acetylcholinesterase activity was evaluated only in liver tissue. The data generated from the physicochemical parameters, nutrients, metals and the pesticide in both water and tissues were compared with the current environmental regulations to observe if they were within the maximum permissible limits. Statistical analyses were carried out to determine temporal variations of the variables studied and the hazard coefficient for metals and pesticide was calculated. Geostatistical methods (Ordinary Kriging, KO and Universal KU) were applied to define the spatial variability of the parameters measured in water. The operation of these prediction methods was verified by leave-one-out crossvalidation. The results indicate that the physicochemical parameters do not represent a problem for the aquatic system of the dam. However, metals levels of in water and tissues exceeded the permissible limits in two periods, therefore, water in those periods was not considered adequate for urban use and compromised aquatic life; whereas, tilapia was not suitable for human consumption. The bioconcentration factor indicated that metals and Benomyl, have the potential to bioaccumulate. Metallothionein concentrations in liver and muscle showed a direct correlation with the metal’s concentrations in the tissue. While the AChE activity showed a negative correlation with respect to Benomyl´s concentration in muscle. The hazard coefficients indicated that Pb and Cd were dangerous for tilapia and, consequently for other aquatic organisms that inhabit the dam. It was concluded that tilapia functioned properly as a biomonitor when manifesting the possible effects of exposure to metals and the pesticide. Metal levels represent a risk both for tilapia and for other organisms that depend on the dam’s water. On the other hand, although the Benomyl levels did not represent a danger for the tilapia during the time of the present investigation, its presence in the aquatic ecosystem implies that extreme care must be taken in its management, since it is linked to agricultural activities on the site and, therefore, could pose a risk to the area in the future.
Ante la creciente demanda del agua derivada del crecimiento poblacional, industria, ganadería y agricultura, el hombre ha construido presas para satisfacer sus necesidades. Algunas presas fueron creadas en zonas que posteriormente fueron decretadas como áreas naturales protegidas. Existe poca información referente a las condiciones del agua de esos sitios, la influencia de las actividades humanas asentadas en la periferia sobre las presas, así como del impacto hacia los ecosistemas circundantes por la contaminación del agua propiciadas por el hombre, por estos motivos es necesario implementar estudios de riesgo ecológico (ERE). Por lo anterior, se llevó a cabo un estudio en la Presa Tenango, Puebla, cuyo objetivo fue analizar el riesgo ecológico que representa la posible exposición a los metales: plomo (Pb), cadmio (Cd), cromo (Cr), cobre (Cu) y el plaguicida Benomilo, a través de la determinación de la calidad del agua de la presa y de la tilapia (Oreochromis niloticus), la bioconcentración mediante la relación de los niveles de Pb, Cd, Cr, Cu y Benomilo en agua con lo bioacumulado en el tejido muscular y hepático, así como la evaluación de algunos biomarcadores en el pez (niveles de acetilcolinesterasa y metalotioneínas). Para llevar a cabo la presente investigación se realizaron 5 salidas al campo durante 2015. Se establecieron 34 estaciones georreferenciadas de colecta de agua. Se analizaron parámetros fisicoquímicos como temperatura, pH, oxígeno disuelto y dureza; nutrientes como nitratos, nitritos y fósforo; metales como Cd, Cr, Cu y Pb; así como el plaguicida Benomilo. En cada salida se capturaron e identificaron 30 ejemplares de tilapia (Oreochromis niloticus) que se cultiva y comercializa en el lugar. Los ejemplares fueron evaluados mediante las especificaciones de calidad de SAGARPA para la comercialización de la tilapia. Se les evaluaron los niveles de los mismos elementos metálicos y el plaguicida presentes en el agua. Se cuantificó el factor de bioconcentración, niveles de metalotioneínas en hígado y músculo. La actividad de la acetilcolinesterasa se evaluó en tejido hepático. Los datos generados de los parámetros fisicoquímicos, nutrientes, metales y el plaguicida tanto en agua como los tejidos fueron comparados con la normatividad ambiental vigente para averiguar si estaban dentro de los límites máximos permisibles. Se efectuaron análisis estadísticos para determinar variaciones temporales de las variables estudiadas y se calculó el coeficiente de peligrosidad para los metales y el plaguicida. Se aplicaron métodos geoestadísticos (Kriging Ordinario, KO y Kriging Universal, KU) para definir la variabilidad espacial de los parámetros medidos en agua. El funcionamiento de estos métodos de predicción fue verificado mediante validación cruzada (leave-oneout cross validation). Los resultados indican que los parámetros fisicoquímicos no representan problema para el sistema acuático de la presa. No obstante, los niveles de metales en agua y tejidos rebasaron los límites permisibles en 2 periodos, por lo que, el agua en esos periodos no se consideró adecuada para el uso urbano y compromete la vida acuática; en tanto que, la tilapia no fue idónea para consumo humano. El factor de bioconcentración indicó que tanto los metales, como el Benomilo, tienen potencial para bioacumularse. Las concentraciones de metalotioneínas en hígado y músculo mostraron una correlación directa con la concentración de los metales en tejido. Mientras que la actividad de la AChE mostró una correlación negativa respecto a la concentración de Benomilo en músculo. Los coeficientes de peligrosidad indicaron que el Pb y el Cd fueron peligrosos para la tilapia y, consecuentemente, para los demás organismos acuáticos que habitan la presa. Los análisis geoestadísticos demostraron que las actividades antropogénicas del lugar, así como la estacionalidad influyen en el aumento o disminución de los valores de las variables estudiadas. Estos a su vez, influyen sobre la capacidad de los modelos geoestadísticos para capturar sus patrones de variabilidad espacial. Se concluyó que la tilapia funcionó adecuadamente como biomonitor al manifestar los posibles efectos a la exposición a metales y el plaguicida. Los niveles de metales representan un riesgo tanto para la tilapia como para los organismos que dependen del recurso vital. Por su parte, aunque los niveles de Benomilo no representaron peligro para la tilapia durante el tiempo de la presente investigación, su presencia en el ecosistema acuático implica que se debe tener extremo cuidado en su manejo ya que se encuentra ligado a la actividad de la agricultura en el sitio y, por lo tanto, podría representar un riesgo para la zona en un futuro
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