Los acuíferos de Madrid: una reserva de biodiversidad de especies acuáticas de invertebrados
En el marco del proyecto “Ecological assessment of groundwater and groundwater dependent ecosystems” IMDEA Agua y la Confederación Hidrográfica del Tajo (CHT) han colaborado para investigar la biodiversidad de la fauna acuática subterránea y los rasgos ecológicos de las especies y así implementar un protocolo biológico de evaluación del estado ecológico de las masas de aguas subterráneas de la Cuenca superior del Tajo. El estudio, centrado en acuíferos localizados en la Comunidad Autónoma de Madrid y en la provincia de Guadalajara (Castilla-La Mancha), ha revelado la presencia de una gran diversidad de fauna acuática subterránea cuya estructura y distribución espacial refleja la calidad, tipología y el grado de explotación de las masas de aguas subterráneas. La información que proporciona la fauna acuática subterránea, sumada a su contribución a la biodiversidad acuática regional, agrega un valor complementario al patrimonio subterráneo de la Cuenca Hidrográfica del Tajo y pone de manifiesto la necesidad de llevar a cabo un manejo integrado y la conservación adicional de los recursos de aguas subterráneas desde una perspectiva biológica y ecológica.
Sanda Iepure, David Mostaza, IMDEA Agua
Los acuíferos son las fuentes de agua más importantes de la Tierra, casi el 30% del agua dulce se encuentra bajo la superficie (Gleeson et al., 2016). Los acuíferos constituyen un recurso natural valioso imprescindible para el bienestar humano que proporciona una serie de servicios básicos como la provisión de agua de buena calidad, suministro de agua en épocas de sequias o de regulación hídrica, biodegradación activa de los contaminantes antropogénicos, inactivación y eliminación de patógenos y reciclaje de nutrientes. Muchos de estos servicios están directamente relacionados con la presencia y actividad de organismos específicos, microorganismos de tipo bacterias e invertebrados que se implican en la provisión de agua de buena calidad, la biodegradación activa de los contaminantes antropogénicos, la inactivación y eliminación de patógenos y el reciclaje de nutrientes. Tradicionalmente los acuíferos se consideran ambientes sin vida, puesto que la percepción general es que el espacio disponible para el desarrollo de la fauna y el establecimiento de poblaciones capaces de reproducirse bajo tierra es limitado.
Figura 1. Porosidad de un acuífero: a, b – acuífero sedimentario aluvial. c, d – acuífero kárstico.
Los hábitats acuáticos subterráneos poblados por fauna se encuentran en todos los tipos de acuíferos, kársticos con porosidad y permeabilidad alta o detríticos como son los acuíferos aluviales con porosidad intergranular y permeabilidad media y baja (Fig. 1). En acuíferos kársticos los hábitats para la fauna acuática están distribuidos desde la zona vadosa llamada epikarst hasta el nivel freático (Fig. 1a) (Pipan, 2007). En los acuíferos aluviales, creados por la deposición de arena y grava a lo largo de los ríos, los hábitats acuáticos se encuentran en la zona saturada. Su característica más representativa es el espacio intergranular formado por arenas (0,05 – 2 mm) y gravas (2 – 75 mm) que permite el establecimiento de una gran diversidad de invertebrados. Las biocenosis subterráneas de invertebrados están constituidas por artrópodos, especialmente crustáceos, de tamaño (0,05 y 5 mm) y forma específica (alargada, cilíndrica) que les permite moverse activamente en pequeñas distancias (metros a cientos de metros) o pasivamente con el flujo de agua subterránea (Fig. 2).
Figura 2. Copepodos crustaceos (Tamaño del cuerpo: 0.3 – 0.7 mm)
La biodiversidad en el medio subterráneo, la estructura ecológica de las comunidades y la ratio estigobiontes (que viven exclusivamente en aguas subterráneas) vs. non-estigobiontes (especies cosmopolitas) son indicadores notables de la calidad del agua de un acuífero (Gibert et al., 1994). Por lo tanto, una alta incidencia de especies estigobiontes representadas por abundantes poblaciones se asocia con un buen estado químico de las aguas. En contraste, una alta diversidad de especies cosmopolitas como los estigoxenos y estigófilos, conocidas por sus grandes valencias ecológicas, está asociada a una calidad de las aguas de moderada a baja. Además, la biodiversidad, la distribución espacial y la presencia de especies relictas y raras proporcionan información útil para caracterizar las propiedades hidrológicas de un acuífero y la calidad de sus aguas, pero también reflejan las características climáticas de la región en las que se encuentran. La estabilidad a largo plazo de los parámetros ambientales en un acuífero, entre ellos la temperatura y la calidad de las aguas, permite la persistencia de especies relictas que han sobrevivido en el medio subterráneo durante miles de años. Por lo tanto, los acuíferos pueden albergar especies relictas del Terciario (desde hace 66 millones de años) cuando el clima fue más cálido, mientras que otros contienen relictos glaciares del Cuaternario (desde hace 2,58 millones de años hasta la actualidad).
Los invertebrados acuáticos subterráneos, a parte de su significativa contribución a la biodiversidad total de una cuenca hidrográfica, poseen un papel substancial desde la perspectiva evolutiva. Esto es debido a las adaptaciones específicas que poseen las especies a las condiciones ambientales subterráneas, caracterizadas por la ausencia de luz, recursos nutritivos limitados y temperaturas relativamente constante. Las adaptaciones particulares de orden morfológico (tamaño y forma), fisiológico, metabólico (tasa metabólica reducida) y reproductivas (estrategia k: baja fertilidad) brindan evidencias sobre la evolución y la persistencia de estos organismos en un entorno de vida extremo.
En España los estudios sobre la fauna de invertebrados acuáticos subterráneos comenzaron ya hace más de cien años (Belles, 1987). La primera especie estigobionte descrita es el crustáceo isópodo Typhlocirolana moraguensis, descubierto en 1904 en la Cueva del Drach (Mallorca) (Racovitza, 1905) (Fig. 3). En la actualidad, la biodiversidad estimada en los acuíferos españoles agrupa a más de 300 especies y subespecies. Entre ellas, los crustáceos presentes acuíferos en kársticos de Cantabria y Andalucía son los mejor documentados (Sendra et al., 2011; Camacho et al., 2014); mientras que los acuíferos aluviales formados por depósitos de materiales no consolidados a lo largo de los ríos o los acuíferos volcánicos de las Canarias están todavía poco estudiados.
Figura 3. Typhlocirolana moraguesi (Isopoda), Cueva del Drach, Mallorca (Foto: Mateo Vadell, Museo Balear de Ciencies Naturals)
Para aportar conocimientos sobre la biodiversidad de los acuíferos aluviales, en IMDEA Agua iniciamos un proyecto piloto de monitoreo biológico en acuíferos de la Cuenca superior del Rio Tajo con el objetivo de suministrar un inventario de los invertebrados de aguas subterráneas en acuíferos aluviales con distintos tipos de permeabilidad (alta, media y baja); y de relacionar la estructura de las comunidades acuáticas y los rasgos ecológicos de las especies halladas, con el estado químico de las masas de aguas subterráneas (cf. Directiva Marco 2006/118/CE relativa a la protección de las aguas subterráneas contra la contaminación y el deterioro). El monitoreo biológico se realizó entre febrero de 2012 y junio de 2016 e incluyó 40 pozos de la Confederación Hidrográfica del Tajo localizados en siete masas de aguas subterráneas desde Sigüenza en el Alto Tajo hasta Aranjuez (Mostaza et al., 2016, Iepure et al., 2017) (Fig. 4).
Figura 4. Acuíferos analizados en la zona Alta de la Cuenca del Tajo y estado de calidad de estos.
Sin excepción, todos los acuíferos investigados albergan una alta diversidad de invertebrados acuáticos que cubren todos los artrópodos que generalmente están presentes en las aguas subterráneas, entre ellos crustáceos copépodos, ostrácodos, isópodos y syncaridos, nematodos, oligochaeta y ácaros acuáticos (Iepure et al., 2017). Los copépodos y ostrácodos identificados a nivel de especie suman un total de 29 especies y subespecies, lo que representa una diversidad alta para la superficie total de la región estudiada. Además, siete especies de copépodos son nuevas para la ciencia y endémicas, e incluso algunas son relictas del Terciario.
En la cuenca superior del río Tajo los acuíferos identificados como más idóneos para albergar fauna específica subterránea se encuentran localizados en el Alto Tajo, en la provincia de Guadalajara: Sigüenza-Maranchón (MAS 030.002) y Tajuña-Montes Universales (MAS 030.003) (Fig. 4). En ambos acuíferos, de tipo carbonatado, se ha encontrado la mayor presencia de especies de estigobiontes (en más del 50% de los pozos muestreados) y se descubrieron al menos tres especies de copépodos nuevas para la ciencia. Una de esas especies nuevas, Acanthocyclops n. sp. (Crustacea, Cyclopoida) pertenece a un grupo filogenético con especies distribuidas exclusivamente en la región Mediterránea; siendo consideradas reliquias del Terciario, período en que el clima era más cálido que el presente (Iepure y Defaye, 2008; Galassi y De Laurentis, 2004). Ambos acuíferos cumplen con los criterios ambientales considerados como esenciales para el desarrollo de las especies estigobiontes: buen estado químico de las aguas, temperatura estable (alrededor de 14,44°C) con pequeñas fluctuaciones a lo largo del año (1-2°C) y oscilaciones reducidas del nivel piezométrico (±0,4 m). Los estigobiontes son especies restrictivas conocidas por su necesidad de hallarse en aguas de alta calidad, por su tasa reducida de reproducción y vulnerabilidad frente a cambios de sus hábitats. El hallazgo de estigobiontes en ambos acuíferos de Guadalajara apunta hacia su valor desde el punto de vista biológico y la necesidad de mantener su estado como prístino.
Tabla 1. Acuíferos investigados: propiedades y estado químico (*Real Decreto 140/2003) (RN: riesgo nulo; RD-Q: quimico difuso; RC-E: Cuantitativo-Extracción; ES: estigobiontes)
Por otro lado, destacan los acuíferos con el estado químico alterado localizados en el sureste de la Comunidad de Madrid, donde la actividad agrícola e industrial en la llanura aluvial es intensa. Entre ellos, los acuíferos de Guadalajara (MAS 030.006) y La Alcarria (MAS 030.008) caracterizados por un mal estado químico y clasificados como vulnerables y de alto riesgo (Tabla 1) (CHT, 2014). Ambos acuíferos albergan solo una especie estigobionte (en MAS 030.006). En comparación con Sigüenza-Maranchón y Tajuña-Montes Universales presentan una gran diversidad de especies cosmopolitas estigófilas y estigoxenas. La presencia de estas especies, conocidas por su gran valencia ecológica, indica diferentes grados de contaminación de las aguas subterráneas. En ambos acuíferos, existen varios elementos que superan los valores umbral de los criterios de calidad de las aguas subterráneas (cf. GWD 2006/118/CE), entre ellos los sulfatos (>1930 mg/L en MAS 030.007 vs. 1754 mg/L la norma de calidad), los nitratos (66.5 mg/L en MAS 030.006 vs. > 50 mg/L), el arsénico (> 88 μg/L en MAS 030.007 vs. 10 μg/L) y plaguicidas totales (0,1 mg/L en MAS 030.006, MAS 030.007, MAS 030.008 vs. 0.5 mg/L) (CHT, 2007). La Alcarria se ve afectado en casi el 30% de su superficie, debido también a la infiltración de aguas residuales deficientemente tratadas procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o por vertidos de aguas sin depuración (cf. MADRID, Orden 2331/2009 del 22 de junio, de la Consejería de Medio Ambiente, Vivienda y Ordenación del Territorio, Orden 21/05/2009 de la Consejería de Industria, Energía y Medio Ambiente). Además, ambos acuíferos tienen un intercambio activo de agua (recarga y descarga) con sus ríos asociados Henares y Tajuña. Las aguas superficiales e hiporreicas de estos ríos son también deficitarias, en términos de calidad, en sus tramos medios y bajos (Iepure et al., 2013, 2014; Rasines-Ladero & Iepure, 2017; Rasines-Ladero, 2017).
El monitoreo biológico de las aguas subterráneas realizado en los acuíferos de la Comunidad de Madrid y de Guadalajara tiene una serie de implicaciones en la evaluación de la calidad de las masas de aguas subterráneas dentro de la Cuenca del Tajo. Desde IMDEA Agua, además del catálogo de la biodiversidad de invertebrados acuáticos subterráneos en los acuíferos investigados y la identificación de las especies endémicas y raras con valor en la conservación del patrimonio subterráneo, apuntamos a respaldar el potencial uso del monitoreo biológico para “proporcionar mejores criterios para garantizar la calidad de los ecosistemas de aguas subterráneas» (cf. las directivas marco WFD 2000/60/EC y GWD 2006/118/EC). Actualmente, el uso de los criterios biológicos para evaluar la calidad de los acuíferos solo se aplica por las autoridades de las cuencas hidrográficas de Suiza, Austria y Australia. El presente monitoreo biológico de las aguas subterráneas es el primero implementado en una cuenca hidrográfica de España y pretende contribuir a los esfuerzos actuales para contemplar la fauna de aguas subterráneas en la evaluación de la calidad de las masas de aguas subterráneas y reconocer su papel como proveedores de servicios para los ecosistemas subterráneos.
Bibliografía
Camacho, A.I., B.A. Dorda, I. Rey. 2014. Iberian Peninsula and Balearic Island Bathynellacea (Crustacea, Syncarida) database. Zookeys, 386: 1-20.
Confederación Hidrográfica del Tajo (CHT). 2007. Estudio general sobre la Demarcación Hidrográfica—Parte española de la demarcación hidrográfica del Tajo. Confederación Hidrográfica del Tajo, Madrid.
Galassi, D.M.P., De Laurentiis, P. 2004. Little‐known cyclopoids from groundwater in Italy: Re–validation of Acanthocyclopsagamus and redescription of Speocyclopsitalicus (Crustacea, Copepoda, Cyclopoida). Vie et Milieu, 54: 203–222.
Gibert, J., Danielopol, D. L., Stanford, J.A. 1994. Groundwater ecology. San Diego (CA): Academic Press.
Gleeson, T., Befus, K.M., S.Jasechko, E. Luijendijk, M. Bayani-Cardenas, 2016. The global volume and distribution of modern groundwater. Nature Geoscience 9: 161–167.
Griebler, C., Stein, H., Kellermann, C., Berkhoff, S., Brielmann, H., Schmidt, S., Hahn, H. 2010. Ecological assessment of groundwater eco‐systems—Vision or illusion? Ecological Engineering, 3: 1174–1190.
Groundwater Directive (GWD 2006/118/EC) https://www.eea.europa.eu/policy-documents/groundwater-directive-gwd-2006-118-ec
Iepure, S., Deffaye, D. 2008. The Acanthocyclops kieferi complex (Copepoda, Cyclopoida) from south‐eastern Europe, with description of a new species. Crustaceana, 81: 611–630.
Iepure, S., Martinez‐Hernandez, V., Herrera, S., Rasines‐Ladero, R., de Bustamante, I. 2013. Response of microcrustacean communities from the surface‐groundwater interface to water contamination in urban river system of the Jarama basin (Central Spain). Environmental Science and Pollution Research, 20: 5813–5826.
Iepure, S., Meffe, R., Carreño, F., Rasines‐Ladero, R., de Bustamante, I. 2014. Geochemical, geological and hydrological influence on ostracod assemblage’s distribution in the hyporheic zone of two Mediterranean rivers in central Spain. International Review of Hydrobiology, 99: 435–449.
Iepure, S., R. Rasines, R. Meffe, F. Carreño, D. Mostaza, A. Sundberg, T. di Lorenzo, J. Barroso. 2017. The role of groundwater crustaceans in disentangling aquifer type features – a case study of the Upper Tagus Basin, central Spain. Ecohydrology, 10 (7), e1876.
Instituto Technologico GeoMinero de España. 2009. Apoyo a la caracterización adicional de las masas de agua subterránea en riesgo de no cumplir los objetivos medioambientales en 2015. Demarcación Hidrográfica del Tajo, 43.
Mostaza, D., Carreño F., Iepure S., 2016. Empleo de nuevas tecnologías en el campo de agricultura: el proyecto Smart-hydro. FuturENVIRO, 31: 72-73.
Mostaza, D., Carreño F., Iepure S., 2016. Analisis del efecto de la extracccion de agua para riego de un acuifero aluvial. Caso de estudio: Masa de Agua Subterranea (030.007) Aluviales: Jarama-Tajuña y Finca Experimental La Isla (IMIDRA, Arganda del Rey – Madrid). Communicaciones CONAMA 2016.
Rasines‐Ladero, R. 2017. The ecology of hyporheic zone associated to Henares and Tajuña rivers (Jarama catchment, central Spain) (PhD Thesis) Móstoles (Madrid): Universidad Rey Juan Carlos (URJC), 370.
Rasines‐Ladero, R., Iepure, S. 2016. Parent lithology and organic matter influence hyporheic biota from two Mediterranean rivers in central Spain. Limnetica, 35: 19–36.
Sendra, A., Achurra, A., Barranco, P., Beruete, E., Borges, P.A.V., Herrero‐ Borgoñón, J.J., Zaragoza, J.A. 2011. Biodiversidad, regiones biogeográficas y conservación de la fauna subterránea Hispano–Lusa. Boletín de la Sociedad Entomológica Aragonesa, 49: 365–400.
Water Framework Directive (WFD 2000/60/EC),
http://ec.europa.eu/environment/water/water-framework/index_en.html