Introducción
Cuando se habla de la calidad del agua, a menudo se hace hincapié en su claridad o color, pero los nutrientes de los lagos influyen silenciosamente en casi todo lo que ocurre bajo la superficie. Un modesto aumento en la carga de nutrientes puede marcar la diferencia entre un embalse claro y rico en oxígeno y otro que se ve afectado por una eutrofización crónica con floraciones de algas recurrentes.
Para los gestores del agua potable, comprender los nutrientes de los lagos no es solo un ejercicio académico. Está directamente relacionado con los costos de tratamiento, los episodios de sabor y olor, y la seguridad del suministro a largo plazo. En este artículo analizamos una definición práctica de eutrofización, cómo funciona el ciclo del fósforo en los lagos y cómo la monitorización y el control basado en ultrasonidos pueden ayudar a mantener los embalses en un estado más saludable. Para obtener una visión general concisa de cómo el enriquecimiento de nutrientes altera los lagos, consulte el resumen de USGS sobre nutrientes y eutrofización.
¿Qué son los nutrientes de los lagos y por qué son importantes?
En la ciencia del agua dulce, los nutrientes de los lagos suelen referirse a las formas de nitrógeno y fósforo que las algas y las plantas acuáticas pueden utilizar para su crecimiento. En niveles bajos a moderados, estos nutrientes sustentan una red trófica productiva con fitoplancton, zooplancton y peces. Los problemas comienzan cuando los aportes de la agricultura, las aguas residuales o la escorrentía urbana empujan a los lagos más allá de su equilibrio natural.
Una definición práctica de eutrofización es el enriquecimiento gradual de un lago o embalse con nutrientes, lo que conduce a una mayor biomasa de algas y a cambios en las condiciones de oxígeno. Al principio, el exceso de nutrientes en los lagos puede significar simplemente un agua ligeramente más verde en verano. Sin embargo, con el tiempo, la eutrofización puede provocar floraciones densas, aguas turbias y zonas con bajo nivel de oxígeno que estresan a los peces y a los organismos bentónicos. La Agencia Europea de Medio Ambiente informa de que las concentraciones de nutrientes en muchos lagos europeos han mejorado en las últimas décadas, pero que el fósforo y el nitrógeno siguen siendo demasiado elevados en una parte significativa de las masas de agua.
El papel del fósforo en la eutrofización
Dado que el fósforo es a menudo el nutriente limitante en los lagos, el ciclo del fósforo desempeña un papel fundamental en la rapidez con la que se desarrolla la eutrofización. El fósforo llega con las entradas de agua, se deposita en los sedimentos del fondo y posteriormente puede volver a liberarse en el agua en condiciones de bajo nivel de oxígeno. Ese reciclaje interno significa que un embalse puede seguir reaccionando a las cargas de nutrientes del pasado mucho después de que las entradas externas hayan comenzado a disminuir. Las directrices de la Agencia de Medio Ambiente del Reino Unido sobre el fósforo y la eutrofización del agua dulce destacan el fósforo como el principal factor de la eutrofización en muchas aguas dulces.
Fuente: Greenpeace Internacional – «¿Cómo podemos restaurar los ciclos de nutrientes de la Tierra?»
La eutrofización y cómo cambia los lagos con el tiempo
La mayoría de los libros de texto describen la eutrofización como un enriquecimiento de nutrientes que aumenta la producción primaria y cambia la composición de las especies. En el campo, se manifiesta en forma de floraciones de algas más frecuentes, reducción de la visibilidad a través de la columna de agua y períodos más largos de bajo nivel de oxígeno cerca del fondo. La información básica de la EPA sobre la contaminación por nutrientes señala que los niveles elevados de nitrógeno y fósforo pueden duplicar la probabilidad de que los ecosistemas de los lagos y ríos se deterioren.
A medida que aumenta la disponibilidad de nutrientes, las algas de rápido crecimiento superan a las plantas más lentas. Se forman densas floraciones cerca de la superficie, que impiden que la luz llegue a la vegetación sumergida. Cuando estas floraciones mueren, las bacterias descomponen la materia orgánica y consumen el oxígeno disuelto.
En los lagos estratificados, este proceso puede crear aguas de fondo con bajo nivel de oxígeno o incluso anóxicas que liberan más fósforo del sedimento, alimentando la siguiente floración y profundizando la eutrofización. Este ciclo de retroalimentación es una de las razones por las que los gestores prestan tanta atención al estado trófico. Una vez que la carga interna se vuelve importante, incluso una reducción sustancial de los aportes de nutrientes puede no mejorar la calidad del agua tan rápidamente como esperan las comunidades.
El conjunto de datos sobre el estado trófico de los lagos del USGS utiliza datos satelitales para clasificar decenas de miles de lagos como oligotróficos, eutróficos o intermedios, lo que ilustra lo extendido que se ha vuelto el impacto de los nutrientes.
Los nutrientes de los lagos, el ciclo del fósforo y los embalses de agua potable
Los embalses de agua potable son especialmente sensibles a la eutrofización porque los administradores deben equilibrar la salud ecológica con estrictas normas de calidad del agua. Las capas superficiales cálidas y estables, combinadas con elevadas concentraciones de nutrientes, crean las condiciones ideales para las cianobacterias. Algunas especies producen cianotoxinas, por lo que comprender cómo interactúa el ciclo del fósforo con la estratificación es esencial para mantener la seguridad del suministro.
Las directrices sobre agua potable de la Organización Mundial de la Salud y las páginas sobre política de nutrientes de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. destacan la eutrofización como un factor que influye en el sabor, el olor y los retos de tratamiento del suministro de agua superficial. Recomiendan un monitoreo sistemático de la clorofila a, los nutrientes y los perfiles de oxígeno para detectar problemas de forma temprana.
En muchos embalses, los administradores utilizan ahora plataformas con boyas y estaciones costeras como parte de una red de monitoreo en línea. Las mediciones continuas de variables clave les ayudan a ver cuándo la capa superior se calienta más rápido de lo habitual, cuándo las algas comienzan a responder a los pulsos de nutrientes y cuándo las condiciones de bajo oxígeno pueden desencadenar una liberación adicional de fósforo del sedimento.
Medición de los nutrientes del lago y detección temprana de la eutrofización
Los programas de monitoreo suelen combinar el análisis de laboratorio de los nutrientes del lago con sensores in situ para medir la temperatura, el oxígeno y las algas. Las muestras aleatorias indican a los operadores la cantidad exacta de nitrógeno y fósforo presente, mientras que los perfiles continuos muestran cómo la estratificación y la mezcla cambian la forma en que esos nutrientes se mueven a través de la columna de agua.
Agencias como el USGS utilizan conjuntos de datos a largo plazo para estudiar las tendencias de la eutrofización en miles de lagos y embalses. Su trabajo demuestra que la reducción de las cargas externas ayuda, pero que los procesos internos relacionados con el ciclo del fósforo pueden ralentizar la recuperación, especialmente en sistemas profundos o muy estratificados.
La teledetección añade otra capa. Los productos basados en satélites de los programas destacados en los materiales de formación sobre la calidad de las aguas continentales de la NASA pueden cartografiar la clorofila y la turbidez superficiales en amplias zonas, lo que ayuda a identificar los puntos críticos de eutrofización que merecen un muestreo más detallado. Los estudios de casos sobre el lago Utah muestran cómo la detección temprana de los cambios de color permitió a las agencias sanitarias actuar días antes de lo que habrían podido hacerlo utilizando únicamente observaciones terrestres. Véase también el resumen de la NASA sobre la detección temprana de floraciones de algas por satélite para obtener más detalles sobre este ejemplo.
Gestión del enriquecimiento de nutrientes desde la cuenca hidrográfica hasta el embalse
La mejor defensa a largo plazo contra la eutrofización es reducir el flujo de nutrientes de la cuenca hidrográfica circundante. Esto suele implicar una combinación de buenas prácticas agrícolas, un mejor tratamiento de las aguas residuales y una mejor gestión de las aguas pluviales en las zonas urbanas. Los humedales y las franjas de vegetación pueden capturar parte de la carga de nutrientes antes de que llegue al embalse.
Dado que el ciclo del fósforo tiene componentes externos e internos, los gestores suelen planificar un cambio gradual en lugar de resultados inmediatos. Por ejemplo, pueden combinar medidas en la cuenca hidrográfica con acciones en el lago, como la optimización de las profundidades de extracción, la aireación u otras herramientas específicas del lugar que ayuden a mantener el oxígeno en las aguas del fondo y a ralentizar la liberación interna de fósforo. La guía técnica de la EPA sobre criterios de nutrientes para lagos y embalses ofrece consejos prácticos para establecer objetivos que reflejen las condiciones locales y los usos designados.
También es importante una comunicación clara con las comunidades. Explicar la eutrofización en un lenguaje sencillo y mostrar cómo han cambiado las concentraciones de nutrientes a lo largo del tiempo facilita a las partes interesadas comprender por qué son necesarias las medidas en la cuenca hidrográfica más amplia y por qué la respuesta visible en el embalse puede tardar un tiempo. Las hojas informativas dirigidas al público, como la Descripción general de la contaminación por nutrientes de la EPA, pueden ayudar a respaldar esas conversaciones con audiencias no técnicas.
Control basado en ultrasonidos como parte de una estrategia integrada
Si bien la reducción de nutrientes aborda las causas fundamentales de la eutrofización, muchos embalses también necesitan herramientas que actúen directamente sobre las algas. LG Sonic aplica ultrasonidos de baja potencia en combinación con un monitoreo continuo para reducir la biomasa de algas en lagos y embalses de agua potable sin añadir productos químicos al agua.
Los sistemas basados en boyas miden la clorofila a, la ficocianina, la temperatura y otras variables, y luego ajustan los programas de ultrasonidos a las condiciones locales. Al limitar el acceso de las algas a la luz y alterar su posición en la columna de agua, estas soluciones ayudan a reducir el impacto de los altos niveles de nutrientes y a ralentizar los síntomas visibles de la eutrofización. Para obtener una visión general de cómo funciona, consulte la explicación de la tecnología de LG Sonic.
En la práctica, los ultrasonidos se utilizan junto con medidas de captación y un cuidadoso seguimiento del ciclo del fósforo. Los paneles de control en tiempo real permiten a los operadores ver cómo responden los indicadores de algas a lo largo de las semanas y las estaciones, y demostrar a los reguladores y a las comunidades que la estrategia combinada está reduciendo la frecuencia de las floraciones y contribuyendo a una mayor estabilidad de los embalses. En las páginas de proyectos de LG Sonic se pueden consultar estudios de casos de grandes embalses de agua potable que utilizan el control basado en ultrasonidos.
Conclusión
Los nutrientes de los lagos son el centro de muchos retos relacionados con la calidad del agua. Cuando aumentan las aportaciones de nitrógeno y fósforo, aumenta el riesgo de eutrofización y de floraciones de algas nocivas, especialmente en embalses de agua potable cálidos y estratificados. Comprender el ciclo del fósforo, aplicar una definición clara de eutrofización y utilizar datos fiables ayuda a los gestores a tomar mejores decisiones.
Al combinar la reducción a largo plazo de los nutrientes en la cuenca hidrográfica con la monitorización continua y el control basado en ultrasonidos del agua, es posible mantener las concentraciones de nutrientes en niveles manejables y proteger tanto los ecosistemas como los suministros de agua potable. Los detalles siempre varían de un lugar a otro, pero el mensaje general es bastante sencillo: cuando nos tomamos en serio la eutrofización y actuamos a tiempo, los lagos y embalses tienen muchas más posibilidades de recuperarse.