Introducción y objetivos

El manejo del agua históricamente se enfocó en suplir las necesidades humanas para alimentación y riego, conduciendo a un descuido en la disposición de agua fresca para especies y ecosistemas (^{Ritcher, Mathews, Harrison, & Wigington, 2003}), donde los ríos también son fuente de recreación y esparcimiento. La urbanización presenta efectos en ecosistemas fluviales en zonas ribereñas, generando cambios en la estructura del lecho y aumento de la carga de contaminantes; esto afecta las funciones ecosistémicas del curso hídrico. Otras consecuencias son la impermeabilización de las áreas de drenaje y captaciones en las cabeceras de los ríos (^{Rörig et al., 2007}).

El cantón Pastaza, ubicado en la provincia de Pastaza, Ecuador, tiene como principal fuente hídrica el río Puyo, el cual presenta influencia de acuerdo con las proyecciones al año 2015 en el cantón Pastaza a 33 550 habitantes de la zona urbana (^{Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, 2010}); en las zonas rurales, a 5 970 habitantes de la parroquia Tarqui (^{GADPR Tarqui, 2014}); 1 027 habitantes de la parroquia Fátima (^{GADPR Fátima, 2015}); 232 habitantes de la parroquia Pomona (^{GADPR Pomona, 2015}); 1 813 habitantes de la parroquia Veracruz (^{GADPR Veracruz, 2014}) y del cantón Mera; 10 310 habitantes de la parroquias Shell (^{GADPR Shell, 2015}), y 1 159 habitantes de la parroquia Madre Tierra (^{GADPR Madre Tierra, 2015}); se identifican en toda el área de influencia de la subcuenca del río un aproximado de 60 130 habitantes.

El río presenta dos ramales principales, conocidos como Puyo y Pindo, los cuales se unen en el sector Unión Base. En su cuenca media se desarrollan actividades turísticas, deportivas y de conservación de ecosistemas; atraviesa zonas rurales y urbanas, donde las aguas residuales no tienen tratamiento; esto incide en sus características físico-químicas e incrementa la importancia de conocer la calidad ambiental de las aguas de este curso hídrico, y las relaciones existentes entre las variables físico-químicas y microbiológicas con los caudales presentados.

El presente trabajo se desarrolló en Ecuador, provincia de Pastaza, cantones Mera y Pastaza, en la subcuenca del río Puyo, del cual la población del cantón Pastaza se abastece para sus requerimientos de agua, donde en su curso principal se presentan dos diques ubicados en los ramales Puyo y Pindo, y también en sus afluentes donde se localizan cuatro diques turísticos. Su cuenca presenta un área de 355 km² y una longitud total de cauce de 41.4 km. Además, en varios sectores de su curso principal y afluentes se encuentran balnearios naturales donde se realizan actividades recreativas.

Este trabajo se efectuó entre los años 2015-2018. Se enfocó principalmente en el campo temático de calidad del agua y su objetivo fue caracterizar la calidad ambiental de agua en diferentes sectores de la subcuenca del río Puyo, incluyendo los principales afluentes.

Materiales y métodos

Se realizó un monitoreo del año 2015 al año 2018 en 28 puntos: 10 ubicados en el curso principal y 18 en sus afluentes (Figura 1), cubriendo una longitud de cauce de 9.2 km en el ramal Pindo y 17 km en el ramal Puyo. Se tomaron muestras compuestas (^{Jadhav & Purohit, 2008}), registrando valores in situ de conductividad, pH y saturación de oxígeno (^{AWWA Staff, 2010}). Se recolectaron muestras para el análisis de demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) (Standard Methods No 5210B); demanda química de oxígeno (HACH 8000) (^{Hach, 2014}); coliformes totales (Standard Methods No 9222B) (^{Rice, Baird, Eaton, & Clesceri, 2012}), y coliformes fecales (Standard Methods No 9222 D y 9222l). En la Tabla 1 se reportan coordenadas geográficas, altura, longitud del cauce y gasto base para épocas de precipitación normal y baja precipitación.

Figura 1 Mapa de ubicación de puntos de monitoreo. 

Se agruparon los puntos de monitoreo en tres zonas, considerándose como zona alta aquella ubicada en la cuenca alta con pendientes ≥ 5 % y donde no existen asentamientos poblacionales urbanos; zona urbana, aquella con asentamientos poblacionales superiores a 1 000 personas; y zona baja, aquella ubicada aguas abajo posterior a los asentamientos poblacionales. También se registró para referencia las precipitaciones diarias y mensuales durante el periodo de estudio con el uso de una estación meteorológica automática en el punto Estación Biológica Pindo Mirador, en la zona alta. Con los resultados obtenidos se aplicó una correlación de Pearson (^{Fernández & Díaz, 2001}) con el uso del programa SPSS (^{IBM, 2013}), para determinar en función de cada zona la relación existente entre los diferentes parámetros evaluados, donde también se incluyeron las variables de la precipitación presente el día de monitoreo y la precipitación del día anterior.

Se determinó el estadístico coeficiente de variación desde los puntos de monitoreo y se realizó un análisis de varianza con pruebas de comparación de Duncan para los diferentes parámetros en función de las zonas, para lo cual se utilizó el programa estadístico INFOSTAT (^{Di-Rienzo et al., 2014}). Previo al análisis, los valores de porcentaje de saturación de oxígeno se transformaron con la función raíz cuadrada (^{Herrera, 2013}). Los valores de los diferentes parámetros se compararon con la normativa ecuatoriana referida en el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (TULSMA), Libro VI Anexo 1 (^{Ministerio del Ambiente del Ecuador, 2015}), considerando los criterios de calidad de agua para uso recreativo con contacto primario, y criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios.

Se aplicó una encuesta en las poblaciones cercanas al curso principal y sus afluentes, para identificar los tipos de actividades productivas que se realizan y la disponibilidad de servicios básicos, que fueron distribuidos en función de la densidad poblacional de estos sectores; la encuesta se aplicó a un total de 341 pobladores (25 en la zona alta, 212 en la urbana y 104 en la baja) y a 72 en los afluentes (cinco en la zona alta y 67 en la baja), dando un total de 413 cuestionarios, cuyo número supera el valor calculado para el tamaño de muestra de poblaciones finitas (Ecuación (1)), que es de 165, con un nivel de confianza del 99 % (^{Morales, 2011}), considerando una población de 60 130 habitantes.

Tamaño de muestra:

Donde n es el tamaño de la muestra; N, tamaño del universo (total población); Z, nivel de confianza de la estimación, considerando el 99 % de confianza (2.576); p, probabilidad de aceptación (0.5); q, probabilidad de rechazo (0.5), y e que es el margen de error (10 %).

Resultados

La Figura 2 permite observar las características de precipitación recolectadas en la estación meteorológica automática ubicada en la estación Pindo Mirador, en la zona de estudio en el periodo de muestreo, con precipitaciones anuales con una media de 5 005 mm y un promedio mensual de 417 mm, donde sus meses menos lluviosos presentan precipitaciones superiores a los 190 mm; se tienen como épocas de mayor precipitación los meses de abril de 2015 y enero de 2017; y de menor precipitación septiembre de 2015, enero de 2016 y febrero de 2018. Las características de precipitación reportadas para los días de muestreo y día anterior fueron en 2015 en los muestreos de febrero: 9 y 11.8 mm; marzo: 0 y 2.2 mm; abril: 17.6 y 4.4 mm; junio: 0.2 y 4.4 mm. En 2016, en noviembre: 16.4 y 18 mm; diciembre: 5.6 y 0 mm. En 2017, en septiembre: 3.7 y 8.2 mm; noviembre: 12.2 y 9.8 mm. En 2018, en septiembre: 7.3 y 14.2 mm, y 9.9 y 9.3 mm, y en octubre: 4.7 y 8.4 mm.

Figura 2 Precipitaciones mensuales registradas en la estación biológica Pindo Mirador, localizada en el área de estudio. Fuente: datos colectados de la estación meteorológica automática.  

La conductividad eléctrica a nivel general en todas las fechas (Figura 3) presenta mayores reportes en el curso principal, en la zona alta, en los diques Fátima, Pambay y las Palmas, donde su media sobrepasa los 100 uS/cm², posteriormente disminuye en las zonas bajas de la cuenca; esto puede deberse a la presencia de mayores caudales, que generan mayor dilución. En los afluentes se reporta mayor conductividad eléctrica en la zona alta en el dique Pambay, así como en la zona urbana, en el dique Las Palmas; los valores son menores en los otros puntos de monitoreo. El punto dique de Shell es el que reporta mayor coeficiente de variación (Tabla 2).

Figura 3 Valores registrados de conductividad. 

El potencial hidrógeno (Figura 4a) presentó valores entre 6 y 9 en los puntos de monitoreo en el curso principal; se compararon los valores con los criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces que establece valores entre 6.5 y 9, y para criterios de calidad admisibles para uso recreativo con contacto primario con valores entre 6.5 y 8.3 (Ministerio del Ambiente del Ecuador, 2015). La mayoría de puntos presentan valores debajo del límite permisible en junio de 2015; en abril de 2015 ocurre lo mismo en los puntos Bellavista Bajo, Cabecera del río Sandalias 2, puente sobre el río Chorreras, puente sobre el río Indulama, balneario del río Indulama, puente Ilayacu y cabeceras del río Chingushimi; en noviembre de 2017 se registró el valor más bajo de todos en las cabeceras del río Sandalias 2.

Figura 4 Valores registrados de: a) potencial hidrógeno; b) saturación de oxígeno. 

El límite máximo permisible sobre criterios de calidad de agua para preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces no fue sobrepasado en los puntos y fechas de muestreo; pero en el criterio de uso recreativo con contacto primario, en el cuerpo principal el balnearios dique de Fátima sobrepasa el límite en noviembre de 2017 y septiembre de 2018(b); en los afluentes, los balnearios Dique de Veracruz y balneario del río Indulama superan el límite permisible en septiembre de 2018(b). La media general muestra los valores más altos en los diques de Fátima y Pambay, los cuales se encuentran cercanos al límite.

Los niveles de saturación de oxígeno (Figura 4b) estuvieron en todos los puntos sobre el límite mínimo permisible, que para ambos criterios señalados debe sobrepasar el 80 % de saturación, con excepción de las fechas de junio de 2015 en los diques Shell, Los Mecánicos, Veracruz; Las Palmas, en los puntos Camal Municipal, Cabeceras del río Sandalias 1 y 2, Dos Ríos, balneario del río Indulama, cabeceras del río Putuimi y Bellavista; también algunos puntos en noviembre de 2016 y octubre de 2018. Los puntos donde reiteradamente se reportan valores por debajo del límite mínimo son en el cuerpo principal de las cabeceras del río Puyo, el Camal Municipal, barrio La Isla, y en los afluentes de los diques Los Mecánicos y Veracruz, y en las cabeceras del río Sandalias 2. Los promedios del curso principal registran valores superiores al 80 %, disminuyendo en la zona urbana e incrementándose en la zona baja, lo cual, al ser el mismo curso hídrico, representan una reoxigenación en las zonas bajas. En los afluentes, las menores concentraciones se tuvieron en el dique Mecánicos, y en las cabeceras del río Sandalias 2.

La demanda química de oxígeno (Figura 5a) reportó valores más altos en los meses de febrero y abril del 2015, principalmente en los sectores de Bellavista Baja, dique de Fátima y barrio La Isla en el curso principal, y en los puntos dique de Veracruz, cabeceras del río Sandalias 2, puente sobre rio Indulama, balneario sobre el río Indulama y Bellavista en los afluentes; y en septiembre de 2018, en el dique Pambay. Los promedios por punto muestran mayores valores en el barrio La Isla y Bellavista; baja en el curso principal y en las cabeceras del río Sandalias 2, Bellavista y cabeceras del río Chingushimi en los afluentes. Este parámetro no está contemplado en la normativa legal ecuatoriana, por lo cual no se compara con límites permisibles.

Figura 5 Valores registrados de concentraciones de: a) demanda química de oxígeno; b) demanda bioquímica de oxígeno. 

En la demanda bioquímica de oxígeno (Figura 5b) se consideró el límite máximo permisible para criterios de calidad admisible de la DB0₅ para la protección de la vida acuática no impactada, que corresponde a zonas de la cuenca alta, donde el límite es 2 mg/l, y con impacto moderado correspondiente a zonas urbana y baja, donde el límite máximo es 6 mg/l. Los muestreos indicaron valores superiores a los establecido en la norma en el curso principal en 2015 en la zona alta en febrero en las cabeceras del río Puyo; en el mes de abril, en el punto Pindo; mientras en el mes de junio, en la zona alta, en el punto dique de Fátima y en los afluentes en el mes de junio, en la zona alta en el dique del río Pambay; y en la zona baja, en las cabeceras del río Putuimi, Nueva Vida y cabeceras del río Chingushimi. En los muestreos de noviembre de 2017, septiembre de 2018 (a y b), y octubre de 2018, la mayoría de puntos sobrepasa el límite máximo permisible. Los valores promedio en el curso principal y afluentes se encuentran dentro de lo establecido en los límites permisibles de la normativa ecuatoriana en las zonas urbana y baja, donde se considera una condición de impacto moderado para la vida acuática; pero no así en la zona alta, donde se considera vida acuática no impactada. A su vez, se reportan mayores concentraciones en el curso principal en los sectores Rosario Yacu, dique de Shell y barrio La Isla, y en los afluentes en el dique Pambay.

En los valores de coliformes totales (Figura 6a), el criterio de calidad de agua para uso recreativo con contacto primario establece un límite máximo permisible de 2 000 en su número más probable/100 ml. En lo general, todos los puntos sobrepasan el límite máximo permisible, excepto las fechas abril de 2015; septiembre de 2018 (a y b); y octubre de 2018, donde la mayoría de puntos presenta valores debajo del límite permisible. La media general muestra que sólo el punto dique de Los Mecánicos alcanza el límite máximo permisible. En el cuerpo principal se identifica que la zona alta presenta menores concentraciones, y éstas se incrementan a partir del paso del curso hídrico por la zona urbana; en los afluentes, al ser cada uno un curso independiente, no se muestra esta tendencia. En la medida de coliformes fecales (Figura 6b), el criterio de calidad de agua para uso recreativo con contacto primario establece un límite maximo de 200 NMP/100 ml. El curso principal presenta valores dentro de los límites; lo mismo ocurre en la zona alta, los puntos Pindo y dique de Fátima en los meses de marzo y junio de 2015, diciembre de 2016 septiembre y noviembre de 2017; así como en la zona urbana, en el punto dique de Shell, en los meses de marzo y abril.

Figura 6 Concentración de: a) coliformes totales; b) coliformes fecales. 

A partir de este punto se incrementa de forma logarítmica la concentración de coliformes fecales en la zona urbana y posteriormente disminuye en la zona baja, donde se mantiene sobre el límite máximo permisible. Los afluentes, en los meses de marzo y junio de 2015, y diciembre de 2016, presentan valores debajo del límite máximo permisible. Los valores medios muestran a nivel general valores dentro del límite permisible en el cuerpo principal en el punto Pindo y en los afluentes en el dique “Las Palmas”. El resto de puntos sobrepasa los límites permisibles, teniéndose las mayores concentraciones en el barrio La Isla, el puente de Unión Base y Bellavista baja. Los muestreos realizados en 2018 septiembre (a y b), y octubre reportaron valores de 1 NMP.

En la Tabla 2 se muestran los coeficientes de variación para cada parámetro en cada punto, donde se puede apreciar a nivel general que las variables con mayores coeficientes de variación son coliformes totales y fecales, y demanda bioquímica de oxígeno; a su vez, para cada parámetro tenemos los puntos con mayor coeficiente de variación en cuanto a saturación de oxígeno y coliformes totales en cabeceras del río Sandalias 1; coliformes fecales, en el puente de Unión Base; conductividad, en las cabeceras del río Putuimi; potencial hidrógeno, en las cabeceras del río Puyo; demanda química de oxígeno, en el dique del río Pambay; y demanda biológica de oxígeno, en el Puente del río Sandalias.

El análisis de varianza entre zonas (Tabla 3) reportó diferencias al 0.05 entre zonas para los parámetros conductividad eléctrica, y coliformes totales en el curso principal; mientras que en los afluentes se reportó para conductividad eléctrica y coliformes fecales. La prueba de comparación de medias de Duncan (Tabla 3) mostró que en la zona baja la conductividad eléctrica en el curso principal presenta diferencias con la zona alta y urbana, reportando los valores más bajos de las tres zonas, lo cual puede deberse a efectos de dilución por aumento de los volúmenes de agua en este sector. Este comportamiento también se observa en los afluentes. En el curso principal, la medida de coliformes totales en la zona baja presenta diferencias con respecto a las otras zonas. En los afluentes, la concentración de coliformes fecales reporta mayores valores en la zona baja. En ambos casos puede deberse a efectos de acumulación de materiales depositados en las aguas residuales colectadas en las zonas alta y urbana.

El análisis de correlación (Tabla 4) muestra relaciones positivas significativas al 0.01 entre la saturación de oxígeno con la demanda química y biológica de oxígeno en la zona baja, y en todas las zonas, entre coliformes totales y fecales conductividad y pH; demanda biológica de oxígeno con pH y demanda química de oxígeno en todas las zonas. Se muestran correlaciones negativas significativas al 0.05 en la zona urbana entre DBO con saturación de oxígeno, coliformes totales, y en la zona baja entre coliformes totales con pH y demanda biológica de oxígeno. También se identifican relaciones significativas positivas al 0.05 entre conductividad con demanda química de oxígeno en la zona urbana y con demanda biológica de oxígeno en la zona alta. Muestran correlaciones significativas en las tres zonas al 0.01 la concentración de coliformes totales con coliformes fecales; entre pH y conductividad en la zona alta, y al 0.05 en las zonas urbana y baja. Muestra correlaciones significativas 0.05 entre la DQO y pH en la zona urbana; entre DBO y DQO al 0.05 en la zona alta, y al 0.01 en la zona urbana. También en referencia a la precipitación del día de muestreo con la precipitación del día anterior, muestra correlaciones significativas al 0.01.

En cuanto a la precipitación del día de muestreo y del día anterior, en la zona alta muestra correlaciones significativas con coliformes totales al 0.05 el día del muestreo y 0.01 el día anterior, y al 0.05 con la conductividad y la precipitación en el día anterior en la zona baja; para este caso, las tres zonas reportan el mismo valor, ya que se trabajó solo con una estación meteorológica.

El resultado de las encuestas mostró que en la actividad agrícola en el curso principal (Tabla 5) predominan los cultivos de yuca, papa china y caña de azúcar; en la zona baja más, el 40 % de los encuestados reporta este cultivo; la producción pecuaria en porcentajes inferiores muestra como principales al ganado vacuno (22%), porcino y producción de aves (18%), y existe predominancia de aserraderos y lubricadores, en especial en la zona urbana. En los afluentes, de la actividad agrícola destaca en la zona baja el cultivo de papa china, seguido de yuca y caña de azúcar; estos dos últimos destacan en la zona alta. En la producción pecuaria, en las zonas alta y baja destaca la producción de ganado vacuno, ganado porcino y pollos, siendo este último también importante en las zonas bajas, donde se reporta baja cantidad de pequeña industria como aserraderos y paneleras. Si bien este estudio no contemplo las áreas dedicadas a estas producciones, podemos citar a ^{Abril, Ruiz, Alonso, Torres y Cabrera (2016)}, quienes mencionan en un estudio realizado en la provincia de Pastaza, que en su mayoría abarca las parroquias ubicadas en el área de estudio, la producción de caña de azúcar reporta 1 403.8 ha, 141.3 ha de yuca y plátano, 284.8 ha de pastos para manejo de ganado vacuno; 17 fincas reportan tener entre 11 a 50 animales, y en mismo número de fincas de 2 a 10 cabezas de ganado vacuno; en ganado porcino, nueve fincas indican tener hasta 10 animales, y tres fincas reportan tener de 10 a 100 animales. En la producción de pollos existen producciones caseras de hasta 100 pollos, con un total de 12 fincas; de 101 a 500 pollos en una finca, y producciones de más de 2 000 pollos en dos fincas.

En el curso principal en la zona urbana, el alcantarillado llega a un 30 % de cobertura en la población; en el resto de las zonas es inferior a un 20 %. La mayoría de zonas poseen servicio de recolección de residuos, pero sólo en la zona urbana predomina la recolección diaria. En el curso principal, en las zonas alta y urbana predomina el uso de servicio higiénico y pozo séptico; mientras en la zona baja se da mayor uso a la letrina; sólo en la zona urbana, el 40 % de la población dispone las aguas residuales en el sistema de alcantarillado público; en las zonas alta y baja en su mayoría son dispuestas en el río o en esteros. En los afluentes, en la zona alta existe mayor uso de servicio higiénico y las aguas residuales se depositan en su mayoría al alcantarillado público; en las zonas bajas se usa mayoritariamente letrinas y pozos sépticos, y las aguas son depositadas en el río y esteros. Los resultados de los servicios básicos con los que cuentan las viviendas al ser relacionados con las concentraciones de coliformes fecales indican que en las zonas alta y baja que presentan características rurales, la deposición de materia fecal presentaría mayor cantidad de descargas con poco volumen, generando una dispersión del contaminante; mientras en la zona urbana, al ser depositado en el alcantarillado, concentra la materia fecal en el sector, recibiendo también aportes de descargas dispuestas directamente al río. Esto ratifica que la influencia del tipo de zona incide en la concentración de coliformes fecales, siendo más evidente en la zona urbana, donde se identificaron diferencias estadísticas evidenciadas en el análisis de varianza.

Conclusiones

La topografía, el uso de suelo y la presencia de poblaciones influyen en las características de las concentraciones de los parámetros saturación de oxígeno, DQO, DBO5, coliformes totales y fecales en el cuerpo principal y afluentes.

En el cuerpo principal, las concentraciones de coliformes totales y fecales se incrementa en escala exponencial a partir de la zona urbana; esto se refleja en sus promedios, sobrepasando los 10 000 NMP/100 ml en ambas medidas; al tener mayores aportes de aguas residuales dispuestas en el sistema de alcantarillado y posteriormente vertidos en el curso hídrico, sobrepasa el límite establecido en la normativa. Esta tendencia no se observa en los afluentes.

Los coeficientes de variación indican que las variables concentración de coliformes totales y fecales reportan mayor variabilidad, con rangos de 100.6 a 274 en coliformes totales, y de 88.1 a 250.9 en coliformes fecales para los puntos de monitoreo; a su vez, el pH es el que menores coeficientes de variación reporta. El análisis de correlación muestra al DBO con mayor cantidad de correlaciones con el resto de variables, principalmente con la DQO, donde en la zona alta y media presenta correlaciones significativas al 0.01; a su vez, la precipitación del día de muestreo significativa al 0.05 y día anterior significativa al 0.01, presenta relación con la concentración de coliformes totales en la zona alta.

El análisis de varianza mostró diferencias para p ≤ 0.05 en la conductividad eléctrica para el curso principal y afluentes, teniéndose menores valores en la zona baja, con una media de 47.97 uS/cm² en el curso principal y 26.15 uS/cm² en los afluentes; al estar esta variable relacionada con las concentraciones de sales disueltas, muestra un efecto de dilución para este parámetro. Las concentraciones de coliformes fecales en los afluentes y totales en el curso principal presentan los mayores valores en la zona baja.

La población y el tipo de disposición que dan a sus aguas residuales son el principal aporte que influye en las concentraciones de DBO, DQO, y coliformes totales y fecales, pues en las zonas urbana y baja más del 70 % lo disponen al alcantarillado y río, y sólo en los sectores aledaños al dique de Shell se tienen plantas de tratamiento, lo cual también se observa en el análisis de varianza para esta variable, lo que genera un efecto acumulativo hacia la zona baja, donde se reporta mayor concentración, con una media de 48 833.3 NMP/100 ml.

Las labores agrícolas y pecuarias se desarrollan principalmente en la zona baja-rural, donde en los afluentes, con base en al análisis de varianza, se reportan mayores concentraciones de coliformes fecales, con una media de 1 026 NMP/100 ml.

A nivel general se recomienda que en estrategias para el manejo del recurso hídrico en zonas similares a la del estudio, los sectores ubicados en la parte alta antes de las poblaciones se deben enfocar en la preservación de los bosques; en la zona urbana, el enfoque debe direccionarse al tratamiento de las aguas residuales domésticas; y en la zona baja, hacia las actividades agrícolas y las aguas residuales domésticas.