Dinámica de nutrientes y aportaciones anuales en aguas superficiales de microcuencas rurales tropicales

(1)

1

Dinámica de nutrientes y aportaciones

anuales en aguas superficiales de

microcuencas rurales tropicales

Din

á

mica de nutrientes y aportaciones

anuales en aguas superficiales de

microcuencas rurales tropicales

D. Sotomayor Ramírez, Ph.D., G. Martinez, Ph.D. ,

L. Pérez Alegría, Ph.D., R. Corvera Gomringer

D. Sotomayor

Ram

í

rez

,

Ph.D.,

G. Martinez, Ph.D.

G. Martinez, Ph.D. ,

L. P

é

rez

Alegr

í

a

,

Ph.D., R. Corvera Gomringer

Depto. Agronom

Depto. Agronomíía y Suelos a y Suelos

Depto. Ingenier

Depto. Ingenieríía Agra Agríícola y Biosistemas cola y Biosistemas

Colegio de Ciencias Agr

Colegio de Ciencias Agríícolas colas Universidad de Puerto Rico

Universidad de Puerto Rico --MayaguezMayaguez

dsotomayor@uprm.edu dsotomayor@uprm.edu

2

Calidad de agua en Puerto Rico

Calidad de agua Aportaciones de nutrientes y sedimentos Nutrientes y sedimentos -escorrentía Hidrología Bacterias indicadoras Nutrientes y sedimentos - flujo base e intermedio SIG y modelos Hidrológicos 4

Objetivos

•

Cuantificar la variación en concentraciones de factores causantes (nutrientes) y factores de respuesta (clorofila-a)

•

Caracterizar la influencia de los usos de terrenos sobre la dinamica de nutrientes en el agua

(2)

5 N 0.6 0 0.6 Miles 0.9 0 0.9 Miles 0.6 0 0.6 1.2 Miles 0.8 0 0.8 Miles 2 0 2 4 Miles

Miraflores Cerro Gordo

Cerrote

Chamorro

Guaba

6

Mapa de uso de terreno: Miraflores

Lu_cercada_doq_validat.shp urbano agricultura vegetación herbacea bosque Bound_river_arcs.shp Outlet_point.shp 0 # Y 5 N

(3)

9

Distribución de usos de terrenos

975 433 435 776 560 Viviendas/ estructuras 1320.0 397.3 293.3 714.7 224.0 Total 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 10.1 72.3 0.0 0.0 Pastos 76.3 1007.7 83.5 331.7 76.5 224.3 55.1 393.5 61.5 137.8 Bosque 10.7 141.1 5.9 23.4 11.8 34.5 13.5 96.3 23.1 51.7 Herbaceo 11.6 153.6 10.0 39.8 8.8 25.9 20.2 144.6 3.9 8.6 Agricola 1.3 17.6 0.6 2.4 2.9 8.6 1.1 8.0 11.5 25.8 Urbano (%) Area (ha) (%) Area (ha) (%) Area (ha) (%) Area (ha) (%) Area (ha) Uso Guaba Chamorro Cerrote Cerro Gordo Miraflores 10

Estaciones de muestreo

5. Guaba 1. Miraflores 2. Cerro Gordo 4. Cerrote 3. Chamorro 11

Muestreo

Muestreo (A)

(A)

y caracterizaci

ó

n hidrol

ó

gica

gica (B)

(B)

A

B

12

Indicadores de calidad de agua

•

Flujo (in situ, metro de velocidad)

•

Sedimentos suspendidos (EPA 160.2)

•

pH (EPA 150.1)

•

CE (EPA 120.1)

•

P total y P disuelto (EPA 365.2)

•

N total (TKN) (EPA 351.2)

•

Clorofila-a (EPA 445.0)

•

Coliformes totales (Coliscan®Easygel®)

•

Escherichia coli (Coliscan®Easygel®)

(4)

13

Din

á

mica de la calidad del agua

11

42.7 a 0.439 a 0.336 a 2.52 b 0.805 a 0.065 a 25.2 d 23.4 b Guaba 20.7 bc 0.190 b 0.088 d 1.45 b 0.954 a 0.123 a 53.6 a 62.8 a Chamorro 23.3 b 0.390 a 0.131 c 1.94 b 0.624 b 0.077 a 36.9 c 52.1 a Cerrote 16.5 bc 0.285 ab 0.208 b 20.5 a 0.617 b 0.121 a 40.3 bc 54.8 a Cerro Gordo 12.4 c 0.188 b 0.052 e 3.57 b 0.575 b 0.085 a 48.7 ab 55.9 a Miraflores µg/L m3/s ---mg/L--- µg/L---N:P(diss) Clora Flujo SS DIN TKN DP TP

1 TP = P total; DP = P disuelto ; TKN = N total kjeldahl; DIN = N

inorgánico; SS = sedimentos suspendidos; Clora = clorofila-a ; N:P(diss) = Proporción de DIN/DP. 0.224 NS -0.380 NS -0.188 NS -0.241 EC 0.394 NS -0.293 NS -0.296 -0.246 -0.207 pH -0.313 NS NS NS NS NS NS Temp 0.458 0.270 0.296 NS NS -0.356 -0.185 Flow -NS NS NS NS -0.431 -0.604 N:P(diss) -NS -0.377 NS NS 0.267 DIN -NS 0.303 NS NS SS -0.180 NS -0.351 Chla -0.192 NS TKN -0.201 TP -DP N:P(diss) DIN SS Clora TKN TP DP Parametro

Matriz de correlaci

ó

n Pearson

Modelos de regresi

ó

n m

ú

ltiple entre par

á

metros

de calidad de aguas

0.616 0.027 0.00119*(EC) – 0.30417*(DIN) + 0.2552*(flow) + 5.718*(TP) – 0.545 *(DP) Chla

0.223 0.120 -0.003*(temp) + 0.0053*(ecoli) + 0.157*(DP) – 0.0252*(flow)

DIN

No-significancia TKN

0.428 0.181 -0.00858*(DIN) – 0.02781*(temp) + 0.00854*(ecoli) – 0.02728*(flow) –

0.0000842*(ecfld) DP

0.220 0.126 -0.00307*(temp) – 0.02781*(flow) + 0.00569*(ecoli)

TP R2 Intercepto Ecuación Variable dependiente

1 Temp = temperatura; flow = log10(flujo hidrologico); ecoli =

log10(E. coli); DIN = N inorgánico; TP = P total; DP = P disuelto; EC =

conductividad eléctrica.

Din

á

mica de calidad de agua (cont.)

•

Existen variaciones en la calidad de agua de las cuencas

• Posibles limitaciones nutricionales

•

Organismos están utilizando fuentes disueltas (DP y DIN)

• Correlación negativa entre DP y TP

• Correlación con Chla

•

Las concentraciones de nutrientes (TP y DP) se diluyen con flujo hidrológico

•

Area de subcuencas afecta flujo hidrológico

•

¿Fuentes de nutrientes y factores de usos de terrenos que influyen sobre la concentración entre las cuencas?

(5)

17

Enfoque emp

í

rico para estimar carga anual

de TP (coeficiente de exportaci

ó

n)

subcuenca rea descarga/a P/ha/año) (kg EC dt C Q Descarga Tiempo i i sedimento nutriente, = = _∫

dondeQiis the flujo hidrológico instantaneo, y Cies la

concentración instantanea, y dt es el intervalo de tiempo (aprox. 15 dias)

18

Relaci

ó

n entre

á

rea de microcuencas y

cargas de TP en Arecibo y A

ñ

asco

y = 0.8121x + 0.5426 R2 = 0.9537 y = 1.0757x - 0.501 R2 = 0.9055 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 1 2 3 4 5

log area de microcuenca (ha)

L o g carg a T P (kg / cu en ca) Añasco Arecibo Linear (Arecibo) Linear (Añasco) 19

Resumen de aportaciones de TP

Carga anual 0.564 0.374 0.713 0.514 0.414 0.22 0.34 0.81 1.48 1.32 kg P/ha/año Experimental 0.590 0.523 0.665 0.834 1.18 0.50 0.50 0.82 0.57 1.59 Teorica 745 Guaba 149 Chamorro 209 Cerrote 367 Cerro Gordo 93 Miraflores 1658 Saliente 497 Jauca 4256 Caonilla 418 Jua 254 S. Grande kg P/cuenca/año Descarga Micro cuenca

Ejemplo para concentración de P total (TP)

• TP = 0.064(Ag) + 0.047(For) + 0.306(Urb) – 0.023 (Ran) + 0.08 (pas); r2_{= 0.91}

• ¿Que pasa si se cambia el uso de terreno (25%)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 Curre nt For-t o-Ag Ra n-to-A g Ag-to -Urb For-t o-Ur b

Proporción de uso de terreno

Conce n tr aci ón de TP ( m g/ L)

(6)

21

Resumen

•

Descripcion de las concentraciones y dinamica de nutrientes en cuencas rurales en el caribe

•

Estimado de aportaciones anuales de las cuencas

•

Distribuir las cargas entre los usos de terrenos

•

Importancia de un enfoque integrado (a nivel de cuenca) para encontrar soluciones para el mejoramiento de calidad de aguas

•

Este trabajo es un componente de otros

proyectos/ensayos para cuantificar el transporte de nutrientes (N y P) de suelos a cuerpos de agua y el rol de actividades agrícolas