Modelado del potencial impacto de la contaminación por efluentes de plantas de tratamiento sobre la metacomunidad asociada al humedal del arroyo Maldonado.

Abstract

La correcta gestión de cuerpos de agua receptores de efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales (PTARs) es fundamental para mantener la buena calidad de estos sistemas. Los efluentes son una fuente de contaminantes que pueden afectar negativamente en su estado ecológico, repercutiendo en los servicios ecosistémicos que estos proveen. Esta contaminación actúa principalmente por dos fenómenos: reduciendo la cantidad de individuos que pueden estar presentes en una comunidad y/o como filtro ambiental diferencial entre especies, donde solo una porción de estas mantiene un buen desempeño en el ambiente impactado. Estos efectos a escala local pueden tener repercusiones en regiones no directamente afectadas por los contaminantes, debido a la importancia de la dispersión entre comunidades, reconocida hoy como una de las principales fuerzas estructuradoras de la biodiversidad local y regional. Así, la ubicación espacial de una comunidad determina la tasa de llegada de organismos y su diversidad local. Este flujo depende de la presencia de las especies en otras comunidades y del tamaño de las mismas. Al afectar un contaminante la composición de especies y la abundancia de las poblaciones, afecta los procesos de dispersión, impactando por este medio los patrones regionales de biodiversidad. Esta hipótesis sustentada en la teoría de metacomunidades y la ecofisiología no ha sido formalizada, o escalada a sistemas explícitos. En esta tesis se evalúa la interacción entre la propagación de contaminantes desde fuentes puntuales y procesos metacomunitarios. Se utilizó como caso de estudio el humedal del arroyo Maldonado, sistema presionado por cuatro plantas de tratamiento de aguas residuales, con diferente volumen de aporte de efluentes. Se utilizaron modelos coalescentes para simular estructuras de metacomunidades para grupos biológicos con distintas capacidades de dispersión y se consideraron tres escenarios alternativos de propagación de poluentes. Tanto la capacidad de dispersión de los organismos como el nivel de propagación del contaminante afectaron el impacto de los poluentes en la diversidad regional. A baja dispersión, la diversidad de las comunidades centrales son más impactadas, pero con mayores dispersiones las comunidades aisladas fueron las más afectadas. Sin embargo, al aumentar el nivel de propagación existe una transición en la cual las comunidades centrales son las que pasan a perder en mayor medida. La llegada de organismos como determinante de las altas diversidades en las comunidades centrales, se ve interrumpida por la pérdida de especies en las aisladas, repercutiendo en mayores pérdidas para el mismo nivel de contaminación a nivel local. Estos resultados evidencian la compleja interacción entre los procesos de dispersión de organismos y de propagación de contaminantes en la determinación de su impacto en la biodiversidad a nivel del paisaje. Lo cual destaca la importancia de incorporar una perspectiva metacomunitaria al monitoreo y gestión de los efluentes en este y otros sistemas. Asimismo, considerar las diferencias existentes entre organismos con distintas capacidades de dispersión es fundamental para entender los mecanismos que estarían determinando los patrones de impacto. Esto permitirá que planes de prevención y restauración tengan mejores resultados frente al manejo de efluentes de PTARs así como otras fuentes de contaminación puntual.

The correct management of water bodies receiving effluents from wastewater treatment plants (WWTPs) is essential to maintain the good quality of these systems. Effluents are a source of pollutants that can negatively affect their ecological state, impacting the ecosystem services they provide. This contamination acts mainly through two phenomena: reducing the number of individuals that can be present in a community and/or as a differential environmental filter between species, where only a portion of these maintains good performance in the impacted environment. These effects at a local scale can have repercussions in regions not directly affected by pollutants, due to the importance of dispersion between communities, recognized today as one of the main structuring forces of local and regional biodiversity. Thus, the spatial location of a community determines the rate of arrival of organisms and their local diversity. This flow depends on the presence of the species in other communities and their size. As a pollutant affects the composition of species and the abundance of populations, it affects dispersal processes, thereby impacting regional patterns of biodiversity. This hypothesis supported by metacommunity theory and ecophysiology has not been formalized, or scaled to explicit systems. This thesis evaluates the interaction between the spread of pollutants from point sources and metacommunity processes. The Maldonado stream wetland was used as a case study, a system pressured by four wastewater treatment plants, with different volumes of effluent contribution. Coalescent models were used to simulate metacommunity structures for biological groups with different dispersal capacities and three alternative pollutant diffusion scenarios were considered. The dispersion capacity of the organisms and the level of diffusion of the pollutant affected the impact of pollutants on regional diversity. At low dispersion, the diversity of the central communities is more impacted, but with greater dispersions the isolated communities were the most affected. However, as the level of spread increases, there is a transition in which the central communities are the ones that lose the most. The arrival of organisms as a determinant of high diversities in central communities is interrupted by the loss of species in isolated ones, resulting in greater losses for the same level of contamination at the local level. These results show the complex interaction between the processes of dispersion of organisms and diffusion of contaminants in determining their impact on biodiversity at the landscape level. Which highlights the importance of incorporating a meta-community perspective to the monitoring and management of effluents in this and other systems. Likewise, considering the differences between organisms with different dispersal capacities is essential to understand the mechanisms that would be determining the impact patterns. This will allow prevention and restoration plans to have better results in the management of WWTP effluents as well as other sources of point pollution.