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Gestión de descargas de salmuera: un enfoque multidisciplinario para la sustentabilidad ambiental de la industria desaladora.
(Universidad de Concepción, 2024) García Bartolomei, Enzo René; Barra Ríos, Ricardo; Orrego Fuentealba, Rodrigo
The increasing scarcity of freshwater resources, driven by climate change and overexploitation factors, has positioned seawater desalination as a cornerstone of water security strategies in arid and semi-arid regions worldwide. With its extensive coastline and highly variable precipitation patterns, Chile exemplifies this global trend. The nation has witnessed a rapid expansion of desalination capacity in recent decades, becoming the largest producer of desalinated water in the Americas. While this technological advancement has undoubtedly contributed to Chile's social and economic development, ensuring the long-term sustainability of this crucial industry requires a deeper understanding and mitigation of its potential environmental impacts. A critical aspect often overlooked in conventional desalination assessments is the discharge of hypersaline brine back into the marine environment. This effluent, a concentrated byproduct of the desalination process, can significantly alter coastal ecosystems' salinity gradients, nutrient balances, and ecological integrity. Despite the growing body of international research highlighting the potential risks associated with brine discharge, a significant knowledge gap persists regarding its specific effects on Chilean coastal waters. This lack of localized understanding, coupled with the absence of standardized assessment methodologies and comprehensive environmental regulations tailored to the Chilean context, presents a significant barrier to the sustainable development of the desalination industry in the country. This dissertation addresses this critical challenge by adopting a multidisciplinary approach to analyze and mitigate the ecological risks of brine discharge from Chile's desalination plants. Recognizing the unique geographic and oceanographic characteristics of the Chilean coast, this research integrates three interconnected areas of investigation: a) Assessing the Environmental Risk of Brine Discharge on Benthic Communities: This research focuses on characterizing the ecological risks associated with brine discharge from a Chilean desalination plant, moving beyond traditional physical dilution models to incorporate biological data for a more comprehensive assessment. Through a combination of field measurements and ecotoxicological analysis, this study investigates the behavior of the brine plume and its potential effects on benthic communities. Field data, including in-situ measurements of salinity and plume extent, are compared to model predictions to assess the accuracy of current modeling approaches. Additionally, species sensitivity distributions, derived from local and global ecotoxicological data, are used to establish salinity safety thresholds specific to the bay receiving the brine discharge. By integrating these thresholds into a spatial risk assessment framework, this study identifies areas of potential ecological concern and evaluates the overall risk posed by the desalination plant's brine discharge. b) Guiding Sustainable Territorial Planning: Recognizing that the location of desalination plants is crucial in determining the potential impact of brine discharge, this research component utilizes advanced modeling techniques to identify coastal areas most susceptible to adverse ecological effects. By integrating oceanographic data, environmental sensitivity maps, and projected desalination development scenarios, this analysis will inform spatial planning decisions, guiding the siting of future desalination plants to minimize environmental impacts and promote the long-term health of Chilean coastal ecosystems. c) Strengthening Environmental Governance: By analyzing international best practices, identifying gaps in current regulations, and incorporating the findings from this dissertation's ecotoxicological and spatial planning components, this research will propose concrete recommendations for strengthening the environmental governance of the desalination industry in Chile. This includes promoting more comprehensive and ecologically relevant assessment criteria, incorporating adaptive management strategies, and fostering greater transparency and stakeholder engagement in decision-making. By integrating these interconnected research areas, this dissertation aims to provide a comprehensive and scientifically grounded framework for the sustainable management of brine discharge from desalination plants in Chile—the expected outcomes of this research, including a refined understanding of brine plume
Utilizando el conocimiento del desempeño fisiológico como medida de adaptación del sistema socioecológico de la industria mitilicultora frente a eventos ambientales extremos.
(Universidad de Concepción, 2024) Castillo Villagrán, Nicole Cecilia; Vargas Gálvez, Cristian; Ponce Oliva, Roberto
La plasticidad fenotípica se define como la capacidad de un genotipo para expresar diferentes fenotipos en respuesta a cambios ambientales, modificando su fisiología, comportamiento o morfología. Al mismo tiempo, este mecanismo permite a los organismos maximizar su aptitud en un entorno cambiante. Sin embargo, no todos los organismos responden de la misma forma, algunos desarrollan características especialistas, mientras que otros son generalistas, tolerando una gama más amplia de condiciones ambientales. La variabilidad y la predictibilidad ambiental en los sistemas costeros han permitido que ciertos organismos, como los bivalvos marinos, desarrollen una amplia tolerancia a las condiciones oceanográficas diversas, acentuando diferencias intraespecíficas en la capacidad de adaptación (por ejemplo, plasticidad y potencial evolutivo) de poblaciones naturales. Bajo el contexto actual de cambio global, los océanos están experimentando diversas alteraciones, impulsadas principalmente por la actividad antropogénica, lo que ha provocado múltiples implicancias en la frecuencia de eventos extremos (por ejemplo, ‘olas de calor’, ‘descargas extremas de agua dulce’, ‘eventos de acidificación costera’, entre otros) y cambios en la respuesta de los organismos, entre otros. En el sur de Chile, la mitilicultura se ha convertido en una de las industrias acuícolas de mayor importancia comercial, concentrada en la región de Los Lagos, donde se cultiva a gran escala el “mejillón chileno” o “chorito” (Mytilus chilensis). Esta industria proporciona una serie de beneficios económicos y son forma parte del estilo de vida de las comunidades locales. Su cadena productiva involucra a una diversidad de actores, desde grandes empresas hasta pescadores artesanales dedicados a la captación de semillas y al cultivo de este molusco. El suministro clave para esta industria corresponde al abastecimiento de semillas desde bancos naturales, por lo que cualquier alteración en los parámetros ambientales (por ejemplo, temperatura, salinidad y pH/pCO2) puede significar un riesgo para la actividad. En los últimos años, la mitilicultura se ha visto enfrentada a una serie de perturbaciones ambientales que han incidido en la actividad, lo que ha manifestado la necesidad de comprender la respuesta de los organismos a escenarios ambientales actuales y futuros considerando el conocimiento distintas disciplinas. Esto es especialmente relevante considerando que la industria se abastece de semillas provenientes desde sitios con distintos regímenes de variabilidad ambiental. Este estudio adopta un enfoque integrador del Mytilus chilensis, con el objetivo de comprender cómo estos organismos responden en un gradiente ambiental de temperatura, salinidad y pH del agua de mar pudiendo utilizar esta información como una posible medida de adaptación del sistema socioecológico de la industria mitilicultora frente a, por ejemplo, la exposición de eventos ambientales extremos. Para esto, se analizaron tres sitios de importancia para la captación de semillas, los cuales también contaron con la disponibilidad de datos de series de tiempo oceanográficas de al menos un año. Los sitios seleccionados fueron Puelo (fiordo), Metri (seno) y Caleta El Manzano (bahía), los cuales presentan condiciones ambientales contrastantes a pesar de encontrarse en una pequeña escala espacial. Posteriormente, se realizaron experimentos de exposición para construir curvas de desempeño en respuesta a la exposición de diferentes temperaturas, salinidades y pH a partir de organismos extraídos de los lugares anteriormente mencionados. Además, se incluyeron análisis de diversidad y estructura genética, y entrevistas iniciales con actores clave de la industria. Esta tesis doctoral se organiza en seis capítulos. Los primeros dos capítulos están dedicados a proveer al lector información general del estudio. En el Capítulo I se presenta una introducción general a la presente tesis doctoral, mientras que el Capítulo II está dedicado a exponer las hipótesis y objetivos de estudio. En el Capítulo III, se caracterizaron los regímenes de variabilidad y predictibilidad ambiental utilizando los datos de series de tiempo de temperatura, salinidad y pH recopilados por medio de boyas y sensores desplegados en tres sitos de importancia para la captación de semillas en la Patagonia norte de Chile. Posteriormente, se construyeron curvas de rendimiento fisiológico, evaluando la tasa de aclaramiento de semillas recolectadas de las áreas geográficas seleccionadas. Estos datos ambientales y fisiológicos se complementaron con análisis de estructura y diversidad genética de los individuos provenientes de cada sitio de estudio. Los resultados mostraron que la variabilidad temporal, la predictibilidad y la exposición a eventos extremos (por ejemplo, pH bajo/salinidad baja) modulan la plasticidad y las condiciones óptimas de los mejillones. Sin embargo, a pesar de estas diferencias fenotípicas, observamos una alta diversidad genética, probablemente como resultado de un alto flujo genético inducido por la actividad acuícola y la fase larvaria de estos organismos. Nuestros hallazgos enfatizan la importancia de la variabilidad y la predictibilidad, en su conjunto, como factores esenciales que dan forma a la diversidad fenotípica, incluso en escalas espaciales pequeñas. En el Capítulo IV, y considerando la importancia socioecológica de esta industria, se indagó en los esquemas de certificación. Lo anterior, considerando que estos sistemas están diseñados para entregar información relevante al mercado. En nuestro contexto, la implementación de un sistema de certificación de semillas, por ejemplo, con respecto al origen, permitiría informar a los compradores (empresas dedicadas al cultivo de mejillones) sobre la potencial plasticidad fenotípica de los individuos con respecto a diversas variables ambientales. Metodológicamente, esta investigación se llevó a cabo mediante entrevistas semiestructuradas con actores clave de la industria mitilicultora, con el objetivo de explorar y entender las relaciones comerciales entre zonas y agentes, y evaluar la viabilidad de un sistema de certificación. El Capítulo V presenta una revisión sistemática de la literatura sobre certificación en distintas áreas productivas (1999-2022), analizando diversos sistemas de certificación incluidas las tendencias en productividad, principales países de publicación, distribución regional y categorías temáticas. Este análisis identificó tres categorías claves: sostenibilidad, ingeniería y negocios y economía, con clústeres temáticos en cada una de estas áreas. Esta revisión sistemática indica además que las organizaciones utilizan esquemas de certificación no solo para gestionar los riesgos ambientales o climáticos sino también para armonizar sus operaciones en respuesta a las diversas presiones ejercidas por las múltiples partes interesadas y fomentar prácticas organizacionales más sostenibles. Los efectos del cambio global en los ecosistemas son inevitables, por lo que estudios interdisciplinarios son esenciales para comprender mejor la interacción entre el ambiente, la fisiología y la genética de los organismos y las especies. Estos hallazgos tienen implicaciones en la gestión y sostenibilidad de la mitilicultura, proporcionando información valiosa para optimizar prácticas acuícolas y mejorar las estrategias de adaptación de la industria al cambio climático, en particular para especies de relevancia económica y seguridad alimentaria.
Gobernanza, gestión integrada del agua y capacidades locales de adaptación al cambio climático en la cuenca del Río Biobío, Chile y la cuenca Lerma-Chapala, México.
(Universidad de Concepción, 2024) Tinoco Navarro, Clara Margarita; Parra Barrientos, Óscar; Urrutia Pérez, Roberto
La cuenca del Río Biobío en Chile y cuenca Lerma-Chapala en México se consideran prioritarias para organizar su gestión, debido al nivel de complejidad del sistema socio-ecológico, su importancia a nivel nacional, los servicios ecosistémicos (SE) que proporcionan y la presión a la que están sometidas. Ambas son de carácter intercultural por la presencia de población urbana, rural e indígena, representan un alto porcentaje del PIB Nacional (12.5% Lerma-Chapala y 9% Biobío) y sus actividades económicas están fuertemente relacionadas con la agricultura, silvicultura, industria y desarrollo de centros urbanos. Son parte del área de hot-spot de biodiversidad por el alto número de endemismos y especies en riesgo. Ambas cuencas son fuentes estratégicas para el abastecimiento de agua, energía y alimento para la población y están clasificadas de alta vulnerabilidad ante el cambio climático (CC) , lo que implica que en el futuro los SE, particularmente los relacionados con el recurso hídrico, se vean comprometidos exacerbando los conflictos entre los múltiples usuarios, por lo que se requieren estrategias y políticas de manejo del territorio con enfoques integrales e instrumentos legales y constitucionales que posibiliten la generación de medidas de adaptación que permitan enfrentar la vulnerabilidad a futuro. Considerando que la gobernanza y la participación social ciudadana son aspectos medulares para lograr modalidades de manejo efectivos e incluyentes de gestión integral del agua y la cuenca, que puedan mejorar la respuesta adaptativa de los actores locales de la cuenca al CC, el objetivo general de esta investigación fue analizar la relevancia e influencia de la gobernanza en la gestión integral del agua y su relación con las capacidades de adaptación y recuperación de SE en las cuencas del Río Biobío y Lerma-Chapala y la determinación de las percepciones sobre la vulnerabilidad del sistema socio-ecológico identificando las medidas y buenas prácticas de adaptación al CC impulsadas por los actores en subcuencas representativas. Esto se realizará a través de la revisión documental de instrumentos de política pública y diagnósticos ambientales, entrevistas a actores clave para caracterizar el contexto legal e institucional; la evaluación y talleres de análisis con grupos focales a través de la metodología para el análisis de Vulnerabilidad Climática y Capacidades y Evaluación de riesgos basada en la comunidad, adaptaciones y modos de vida. Con este análisis, se esperaba reconocer si los actores de las cuencas objeto del presente estudio, con procesos institucionalizados de Gestión Integrada de Cuencas (GIC), cuentan con un mayor fortalecimiento de capacidades locales para la adaptación al CC y para la recuperación de SE claves, determinar cuáles son las características institucionales y mecanismos de participación que proveen el ámbito propicio para ello y detectar las necesidades y las medidas que se requiere implementar desde el enfoque de gobernanza con la participación de los actores locales. Los resultados mostraron que a pesar de la legislación, la GIC no se ha implementado plenamente. Su institucionalización ha favorecido la generación de un ámbito propicio, instrumentos de manejo y mecanismos de participación, pero con limitantes recurrentes de la operacionalización de estos instrumentos y políticas a escala de país, influenciando la planificación y gestión a nivel de cuenca y subcuenca. Las principales necesidades que deben atenderse son garantizar la información accesible y vinculante, la participación representativa y el financiamiento. La experiencia mexicana como un modelo de GIRH, presenta un avance Medio-Bajo (49) en el ODS 6 indicador 6.5.1. grado de implementación de la gestión integrada de los recursos hídricos, y la experiencia Chilena un avance Bajo (22.6), que al ser representados en los principios de gobernanza del agua de la OCDE también muestran diferencias importantes en cuanto a una mayor gobernanza del agua en el caso mexicano evaluada como Media-Alta (54.6) y menor en el caso chileno al ser evaluada como Baja (24.7). Al analizar las percepciones de los actores de cuenca respecto al modelo de GIRH y su relación con la adaptación al CC, los resultados muestran que la percepción de crisis hídrica y pérdida de SE que se tiene en la cuenca Lerma-Chapala, México, ha sido detonante para potenciar la implementación de la GIRH y establecer mecanismos más sólidos para el diálogo y articulación entre los actores de cuenca y reconocer al Lago Chapala como un usuario de agua. Sin embargo aún falta asegurar políticas para la atención de los problemas del lago garantizando su valor y conservación como reservorio de agua y biodiversidad. Considerando las escalas de cuenca, donde la cuenca es una unidad adecuada para planificación pero la operatividad de la GIRH y la adaptación se realiza a escalas más pequeña, se seleccionaron dos subcuencas representativas para el análisis de gobernanza de cuencas lacustres. Los resultados mostraron que se presenta un mayor índice de gobernanza en la subcuenca del Lago Chapala con un valor Medio-Bajo, 3.9, mientras que la subcuenca del Laja presenta un índice Bajo, 2.9, representando nuevamente los indicadores más bajos en cuanto a políticas, instituciones y financiamiento, el modelo muestra ser limitante para el establecimiento de mecanismos de colaboración desde lo nacional hasta lo local y excluyente para la participación. Ambas subcuencas presentan problemas para la asignación de recursos y la implementación de acciones de manejo que les permitan avanzar hacia un mejor desempeño en la GIRH, y reducir las asimetrías de poder en la toma de decisiones. En el caso chileno, se añade además la carencia de instrumentos locales para establecer medidas de respuesta al CC, lo que puede aumentar la vulnerabilidad socioecosistémica. Al respecto, en la valoración de impactos de este fenómeno en los medios de subsistencia y las medidas de adaptación, se encontró que la subcuenca del Lago Chapala, además de tener esquemas de gobernanza como la asociación intermunicipal, permite en cierta medida establecer programas municipales con visión regional o de cuenca, como los programas municipales de CC (PMCC). Se observó que los actores perciben una mayor pérdida de servicios ecosistémicos e impactos no solo climáticos sino de inadecuado manejo y se integran a un mayor número de medidas de adaptación relacionadas con el PMCC. En el caso de la subcuenca del Laja, los actores no identifican el cambio climático como un problema representativo, por lo que las medidas están enfocadas a mejorar la gestión del agua ante la sequía en el sector agropecuario principalmente, siendo apoyados por los gobiernos locales en áreas de apoyo al desarrollo rural.
Incidencia de las tecnologías de tratamiento en el sector sanitario sobre la diseminación de resistencia a antimicrobianos para el potencial reúso de las aguas servidas tratadas.
(Universidad de Concepción, 2024) Leiva Venturelli, Ana María Trinidad; Vidal Sáez, Gladys; Piña Capó, Benjamín
La resistencia a antimicrobianos (RAM) es un desafío que debe ser abordada desde una perspectiva interdisciplinaria. El uso indiscriminado de antimicrobianos por parte de la industria agropecuaria, acuícola, veterinaria y farmacéutica, han convertido a la RAM en un problema no sólo para la salud pública, sino que también para el medio ambiente. Las plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS) han sido consideradas como un reservorio de diseminación de RAM para el medio ambiente. Dentro de sus principales componentes, las aguas servidas (AS) presentan concentraciones de antimicrobianos y abundancias de bacterias y genes de resistencia a antimicrobianos (BRA y GRA, respectivamente); elementos responsables de la diseminación de RAM. En general, las PTAS consisten en un tratamiento secuencial de procesos físicos, químicos y biológicos, donde éste último tiene un rol primordial en esta problemática. En los reactores biológicos, generalmente utilizados como tratamiento secundario, las AS entran en contacto con las bacterias propias del tratamiento siendo un ambiente ideal para la diseminación de la RAM. Las concentraciones y abundancias de materia orgánica, nutrientes y antimicrobianos, BRA y GRA junto con las condiciones de temperatura, oxígeno disuelto y tiempo de retención hidráulico generan un escenario propicio para el crecimiento bacteriano y para el intercambio genético de GRAs. Es así como el tratamiento biológico es una etapa que es necesaria estudiar para comprender cómo las diferentes tecnologías pueden tener un efecto sobre las eficiencias de eliminación y comunidades bacterianas. Por otro lado, las PTAS actúan también como una fuente de diseminación en el medio ambiente, ya que sus efluentes son descargados a los cuerpos de agua como ríos, lagos u océanos. Debido al escenario de escasez hídrica y la aplicación de la economía circular, los efluentes de las PTAS, conocidos como aguas servidas tratadas (AST), están siendo consideradas como una nueva fuente de agua para el riego agrícola. La presencia de antimicrobianos, BRA y GRA pone en riesgo un reúso seguro tanto para la salud pública como también para el medio ambiente. Es por esta razón que los posibles impactos, en relación con la diseminación de la RAM, son necesarios de ser estudiados. Ante este contexto, el objetivo principal de esta tesis doctoral fue evaluar la incidencia de las tecnologías en el sector sanitario sobre la diseminación de RAM para el potencial reúso de las aguas servidas tratadas (AST). En primer lugar, se evaluó el desempeño de las diferentes tecnologías en la eliminación de antimicrobianos en la corriente líquida (Capítulos III, IV; V, VI y VII). Luego, se analizó las comunidades microbianas (Capítulo VIII) y finalmente, se evaluó el potencial reúso de las AST provenientes de las diferentes tecnologías de tratamiento (Capítulos VII, VIII y XI). Para cumplir con dicho objetivo, se evaluaron diferentes tipos de tecnologías biológicas convencionales y no convencionales presentes en el sector sanitario. En el caso de las tecnologías convencionales, se utilizaron los sistemas de lodos activados (LA) y biodiscos (BD) mientras que, en las no convencionales, se evaluaron los sistemas de humedales construidos (HC) y vermifiltros (VF). Es importante mencionar que estas tecnologías se encuentran instaladas en la región del Biobío, Chile. En general, se tomaron muestras de agua tanto de los influentes (I) como efluentes secundarios (ES) y finales (EF) y se determinaron la presencia de los elementos de diseminación de RAM (antimicrobianos, BRA y GRAs), parámetros fisicoquímicos y microbiológicos para determinar el desempeño de las diferentes tecnologías. Asimismo, se evaluaron las comunidades bacterianas presentes a través de secuenciación masiva del gen ADNr 16S. Finalmente, con todos estos resultados, se determinó el potencial reúso de las AST generadas por las diferentes PTAS evaluadas. Los principales resultados de esta tesis doctoral demostraron que las tecnologías convencionales y no convencionales presentan eficiencias de eliminación de antimicrobianos y reducciones de coliformes, BRA y GRAs que fluctuaron entre 20 – 90%, 4,1 – 4,5 unidades logarítmicas (ulog), 2,6 – 4,6 ulog y 2,3 – 4,0 ulog, respectivamente. Los análisis estadísticos reportaron que no existen diferencias significativas entre las diferentes tecnologías evaluadas (p > 0,05). Sin embargo, si se reportaron diferencias entre I y EF considerando todas las PTAS evaluadas. Este resultado demuestra que las PTAS instaladas son capaces de reducir las concentraciones y abundancias de los elementos responsables de la RAM y disminuir los riesgos asociados a esta problemática. En cuanto a las comunidades microbianas presentes, los análisis filogenéticos reportaron que la composición de las comunidades bacterianas es similar e independiente del tipo de tecnología biológica evaluado donde predomina en más de un 50% los phyla Proteobacteria y Bacteroidota. Siguiendo la misma tendencia de los resultados asociados a los desempeños de las diferentes PTAS, los análisis estadísticos demuestran que existen diferencias entre las muestras I y EF lo que indica que las PTAS son capaces de reducir la diseminación de RAM. Además, se reportaron correlaciones positivas entre algunas comunidades bacterianas perteneciente al phyla Proteobacteria, GRA, BRA y coliformes. Finalmente, al evaluar el potencial reúso de las AST en la agricultura, se puede constatar que a pesar de que las PTAS son capaces de reducir las abundancias de GRAs, se reportaron abundancias entre 1,2 – 5,2 log (copias/mL), donde no existen diferencias significativas entre las tecnologías biológicas (p > 0,05). Cuando los cultivos son irrigados con AST, estos valores varían dependiendo del tipo de cultivo y del tejido. En el caso de plantas de consumo directo como la lechuga (Lactuca sativa), las abundancias de GRAs son mayores en la hoja que en los suelos. En esta circunstancia, si existe un potencial riesgo de diseminación de RAM asociado al consumo de este tipo de hortalizas.
Evaluación ambiental de mercurio en bahía Coronel: análisis espacio temporal de las fuentes y sumideros.
(Universidad de Concepción, 2023) Chandia Vallejos, Cristian Mauricio; Urrutia Pérez, Roberto; Salamanca Orrego, Marco
El mercurio (Hg) es un metaloide de nivel traza a ultra traza que puede ser transportado vía atmosférica, reconocidamente tóxico y bioacumulativo para la biota. En muy bajas concentraciones actúa como una neurotoxina con efectos adversos para el ecosistema natural y la salud humana. Posee una alta movilidad entre las matrices ambientales, con un complejo ciclo biogeoquímico, por lo cual, su cuantificación se hace especialmente compleja. En Chile, el conocimiento sobre Hg en los ecosistemas marinos es limitado, sin información que dé cuenta de las concentraciones, distribución y fuentes de Hg en las costas chilenas. Se comparan los niveles de Hg en dos zonas costeras contrastantes en términos de su nivel de industrialización y urbanización, una de ellas corresponde a bahía Coronel altamente industrializada y la otra es bahía Coliumo sin industrias, cuya principal actividad económica es la pesca artesanal y turismo estival. Los resultados obtenidos corresponden al registro más actualizado de Hg para las matrices marinas en el Pacífico Sur y la primera evaluación detallada en agua, sedimentos y organismos de una zona costera de Chile. Se obtuvieron testigos de sedimento, los que fueron datados y analizados, estos dieron cuenta de un aumento en las concentraciones de Hg desde 1990 (0,021 μg/g) con relacionado al desarrollo industrial y con la actividad termoeléctricas desde 2012 a 2019 (0,031 a 0,101 μg/g). Esto modificó los patrones de sedimentación y tasas de acumulación de Hg, alcanzando concentraciones hasta de un orden de magnitud mayor que los registrados en Coliumo para el mismo periodo (0,008 0,012 μg/g). El contenido de Hg registrado en la columna de agua, sedimentos y organismos permite establecer que las actividades industriales presentes en Coronel que emiten Hg a la atmosfera, son las principales responsables de las altas concentraciones de Hg en la bahía de Corone, las cuales son de hasta un orden de magnitud mayores que las registradas en bahía Coliumo, concentraciones que dan cuenta de un deterioro de la calidad ambiental respecto a estándares e índices internacionales (SEDTOX, 2016; CCME, 1999; Turner & Millward, 2000 [EF]; Al-Haidarey et al., 2010 [Igeo]). Al analizar las fuentes, sumideros y perdidas de Hg para bahía Coronel durante invierno y verano de 2019, se pudo establecer que las emisiones atmosféricas industriales provenientes desde la termoeléctricas son la principal fuente de Hg hacia la bahía, en tanto que la columna de agua constituye el principal reservorio. Estos resultados sugieren que gran parte del Hg es exportado fuera de la bahía como respuesta a los procesos hidrográficos estacionales y la topografía de bahía Coronel, quedando solo una fracción menor retenida en sedimentos superficiales y en los organismos. Esta tesis demuestra que el contenido de Hg en las matrices marinas depende de las fuentes aportantes, por lo que el Hg ha ido incrementando sus concentraciones los sedimentos a partir del 2012, año en el cual comienzan a operar 2 grandes termoeléctricas en la zona costera de bahía Coronel. Lo que también se observa en la columna de agua, sedimentos y organismos los cuales presentan mayores contenidos de Hg en bahía Coronel que los registrados en bahía Coliumo. Todo lo anterior permite establecer que el contenido de Hg depende de las cercanías a las fuentes de origen, en tanto que su distribución, retención y/o exportación depende de la dinámica de las corrientes, vientos y aportes de ríos, procesos que presentan una marcada señal estacional. Por lo tanto, es necesario regular las emisiones en términos de cargas, reducir el uso de carbón para la generación de electricidad en termoeléctricas y mantener programas de monitoreo regulares en el tiempo y espacio en todas las matrices ambientales y con ello contar con información actualizada y oportuna para una adecuada gestión ambiental de la zona costera de bahía Coronel.
Assessment of the impacts of climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater sources to the coastal system of western Patagonia.
(Universidad de Concepción, 2023) Aguayo Gutierrez, Rodrigo Andres; Aguayo Arias, Mauricio
The western region of Patagonia is characterized by an almost pristine environment, with aquatic ecosystems composed of a great diversity of lakes, rivers and glaciers. The influence of westerly winds from the Southern Hemisphere results in high precipitation in the region, which determines large freshwater inputs to the coastal-marine system. In this vast (~400,000 km2), narrow (~200-300 km) and transboundary (Chile and Argentina) area, freshwater ecosystems interact with one of the most complex and extensive fjord systems in the world. In these systems, freshwater produces a pronounced vertical stratification of two or three layers, which is a key regulator of circulation patterns and primary production, and limits the depth of turbulent mixing. Turbulent mixing determines the exchange of nutrients between the different layers of the water column, a process that can trigger pulses of primary productivity and thus an increase in autotrophic biomass in the western Patagonian inland seas. Climate projections for most of Western Patagonia indicate a prolongation of the dry and warm conditions that have affected it in recent decades. Overall, the climate impacts recorded in Western Patagonia have been attributed to the Southern Annular Mode (SAM), which has shown a significant trend towards its positive phase. Given the heterogeneous and incomplete monitoring network of hydro-meteorological stations, most studies performed in this region have used only a very small subset of meteorological stations, satellite imagery or climate proxies to study environmental changes. Despite the low use of ground-based information, the region has shown evidence of a decrease in snow cover extent, an increase in forest fires, unusual tree growth patterns, a decrease in water availability and significant trends in major lakes, rivers and glaciers. Considering the threads posed by climate change scenarios, the main objective of the present doctoral thesis is to assess the impacts of anthropogenic climate change on the spatio-temporal patterns of freshwater inputs to the coastal system of western Patagonia. To this end, four specific objectives have been proposed, each associated with a different phase of the present thesis. The first objective explored the main trends, challenges and gaps in hydrological drought projections, using northern Patagonia (40-45ºS) as a study case. For this purpose, historical severe droughts and their climatic drivers in northern Patagonia were evaluated. In addition, a hydrological model was calibrated using a combination of satellite, reanalysis and groundbased data. To assess the impact of climate change on future severe droughts, 90 scenarios were used to account for multiple sources of uncertainty in the climate impact modeling chain. The projections obtained with the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) 6 and CMIP5 models showed significant climatic (greater trends in summer and autumn) and hydrological (longer droughts) differences, and therefore it is recommended that future climate impact assessments adapt the new simulations as more CMIP6 models become available. Based on the detected hydrological gaps, the second objective was to develop PatagoniaMet (PMET) to analyze the hydrological consistency between atmospheric reanalysis models, ground-based meteorological observations and stream gauges. PMET is a compilation of ground-based hydrometeorological data (PMET-obs), and a daily gridded product of precipitation and maximum and minimum temperature (PMET-sim). PMET-obs was developed considering a 4-step quality control process applied to 523 hydrometeorological time series obtained from eight institutions in Chile and Argentina, while PMET-sim used statistical bias correction procedures, spatial regression models and hydrological methods. PMET-sim was compared against other bias-corrected alternatives using hydrological modelling, and achieved Kling-Gupta efficiencies greater than 0.7 in 72% of the catchments, while other alternatives exceeded this threshold in only 50% of the catchments. Considering the hydrological importance of glaciers in the region and their uncertain evolution, the third objective used the Open Global Glacier Model (OGGM) to estimate the evolution of each glacier (area > 1 km2) in the Patagonian Andes (40-56°S) over the period 1980-2099. To generate these projections, different glacier inventories (n = 2), ice thickness datasets (n = 2), reference climates (n = 4), general circulation models (n = 10), emission scenarios (n = 4), and bias correction methods (n = 3) were used to disentangle the importance of different sources of uncertainty from a hydrological perspective. Overall, the projections suggest that the northern area is expected to experience a steady decline, while the Patagonian Icefields should increase or maintain their glacier runoff in the coming decades. Considering the melt on glacier signatures, the future sources of uncertainty (GCMs, SSPs and BCMs) were the main source in only 18% ± 21% of the total catchment area. In contrast, the reference climate was the most important source in 78% ± 21% of the catchment area, highlighting the importance of the second objective. Based on recent advances in regional and global datasets (second objective), and the potential trajectory of evolution of each glacier in the Patagonian Andes (third objective), the fourth objective generated state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system. Specifically, Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks in combination with the Open Global Glacier Model (OGGM) were used to estimate the runoff evolution from non-glacier and glacier areas, respectively. The total runoff of the study area was 23,533 ± 1,399 m3 s-1 in the historical period (1985-2019). From this total, the glacier runoff contributed 5,185 ± 471 m3 s-1. While the northern area is expected to experience the greatest relative reductions with values close to -22%, the central and southern areas are expected to show slight increases with relative changes of 6% and 13% (Figure 6.1), respectively. Finally, the results showed in this thesis provides: i) a basis for an open collaborative dataset that outperforms all current alternatives, ii) the first large-scale evaluation of the impact of various sources of uncertainty (historical and future) beyond future glacier mass loss, and iii) state-of-the-art projections of freshwater inputs to the coastal system that will contribute to future climate change adaptation plans for Western Patagonia.
En busca de la Seguridad Hídrica a través de la gobernanza adaptativa: análisis de las cuencas de Rapel y Biobío.
(Universidad de Concepción., 2023) Julio González, Natalia Andrea; Figueroa Jara, Ricardo
El uso de la sociedad sobre las aguas continentales se ha incrementado considerablemente a medida que la población aumenta, reduciendo la disponibilidad de agua para contener los procesos relacionados a los ecosistemas acuáticos. Las estimaciones realizadas entre el suministro y las demandas de agua en el mundo han revelado un fuerte desequilibrio que obedece en parte a los efectos del Cambio Climático, pero también a la reciente demanda de los usos domésticos, industriales y agrícolas, que en mayor parte determinan la escasez hídrica del planeta. En Chile, la situación no es diferente. Aunque el país posee una situación privilegiada respecto a la cantidad de agua total disponible, se han declarado un número importante de zonas con escasez hídrica en el territorio, y se espera que en las próximas décadas ocurrirá un aumento significativo en el nivel de estrés hídrico, pudiendo ser calificado como “extremadamente alto”. El Cambio Climático se ha convertido en una de las preocupaciones más importantes en el área de los recursos hídricos y especialmente de la Seguridad Hídrica (SH), tema que ha tomado protagonismo en los sectores políticos y académicos. La SH se enmarca dentro del Objetivo de Desarrollo Sustentable (ODS) 6 y Chile se ha adherido al cumplimiento de la Agenda 2030, sin embargo, estudios han señalado que los aspectos socioambientales no han sido adecuadamente consideradas en nuestro país, debido, en parte, a la deficiente gestión de los recursos hídricos y a una gobernanza débil. A nivel internacional, se han observado cambios de paradigmas que van desde un enfoque centralizado y jerárquico en la toma de decisiones, hacia una perspectiva más integrada y participativa, donde el concepto de Sustentabilidad es considerado como un proceso y no como un fin. Hace más de tres décadas se ha comenzado a adoptar la Gestión Integrada de Cuencas Hidrográficas (GICH) como una forma efectiva para abordar las necesidades sociales y ambientales relacionadas al agua. En este sentido, la literatura propone que la cuenca es la unidad territorial más adecuada para alcanzar la SH, considerándose como un sistema socio-ecológico complejo. Asimismo, se ha comenzado a adoptar una idea de “buena gobernanza” que deba ser efectiva, eficiente e inclusiva, aspirando a incluir al sector público, privado y la sociedad civil, con un enfoque adaptativo que propone una gestión donde el poder y responsabilidad deben ser compartidos entre los usuarios de la cuenca, la ciencia y las agencias de gobierno, para alcanzar acciones colaborativas y coordinadas. Este trabajo analizó los fundamentos teóricos y los enfoques en uso en temas de SH, GICH y gobernanza, bajo la premisa que se puede avanzar hacia la SH mediante la adopción de una gobernanza adaptativa, sustentable y participativa. El objetivo fue analizar las dinámicas actuales y el grado de colaboración en redes de actores relacionados al agua en Chile y si éstas poseen las características de una gobernanza adaptativa para establecer una GICH que permita enfrentar los aspectos de la SH, tomando como modelos de buena gobernanza el Triálogo Gobierno-Sociedad-Ciencia y los Principios de Gobernanza del Agua de la OCDE, y como caso de estudio dos cuencas de uso múltiple: Rapel y Biobío. Para esto, se utilizó una metodología cualitativa, cuyos datos fueron obtenidos mediante observación participativa, análisis documental y entrevistas semiestructuradas a los actores clave identificados en cada cuenca, los cuales fueron posteriormente analizados críticamente mediante la herramienta Atlas.ti. A partir de los resultados, se pudo identificar las problemáticas y proponer estrategias de solución relacionadas a la SH a través de la perspectiva de los actores, mostrando que, a pesar de tener diferencias socio-ecológicas, dentro de las causas más importante de los conflictos en ambas cuencas se debe al alcance de las leyes y a una inadecuada producción y acceso a la información, generando un sentimiento de inseguridad hídrica y una alta incertidumbre ante los efectos del Cambio Climático. Asimismo, los únicos organismos que de alguna forma gestionan el agua a nivel de cuenca son las Juntas de Vigilancia, las cuales, a pesar de reconocer la importancia de la autogestión y promoverla, no aseguran que todos los afectados por el manejo del agua puedan participar de la toma de decisiones ni resolver adecuadamente los conflictos, debido a que están conformadas exclusivamente por titulares de derechos de aprovechamiento. Finalmente, se obtuvo un diagnóstico empírico de la actual relación de gobernanza del agua en las cuencas de estudio, con los actores involucrados a nivel local, y se pudo comprobar el alto grado de centralización de la toma de decisiones en un país cuyas características socioambientales son altamente heterogéneas. En este sentido, la situación actual de la gobernanza del agua en Chile no permite establecer un sistema de gobernanza adaptativa que permita una GICH que avance hacia la SH. Por esta razón, se considera urgente que el país integre las funciones institucionales, a través de una Subsecretaría o Agencia del Agua, y a los representantes del Gobierno la Sociedad y la Ciencia, a través de un Organismo o Corporación de Cuenca.
Integrated assessment of climate change and land-use/land-cover change on floods: insighs from landscape configuration in a tropical basin.
(Universidad de Concepción., 2023) Hurtado Pidal, Jorge René; Aguayo Arias, Mauricio; Link Lazo, Oscar
Climate change and land-use/land-cover change (LUCC) are among the main anthropogenic factors affecting flood risk, as they change the frequency and magnitude of floods. Specifically, native forest deforestation in tropical humid basins reduces the forest capacity for flood regulation during small and medium-size storms events. Also, while climate change affects at regional scales, the LUCC influences occur at a smaller, local scale. Consequently, forest protection and reforestation are considered a nature-based solutions (NbS) for flood regulation, especially on small basins (<100 Km2). However, there are few studies that analyze the combined effects of both forcings (i.e., climate change and LUCC) on floods, and generally they focus on the discharge at the basin outlet only. Thus, the continuous variation of interactions in the stream network has not been identified yet. On the other hand, little is known about the effects of different deforestation spatial patterns over floods. Together, these knowledge gaps limit the understanding of the ecosystem services provided by the forest for flood regulation within the context of NbS and climate change adaptation. Therefore, this research evaluates the effects of LUCC on floods distinguishing forest location and forest fragmentation in a humid tropical basin within the Ecuadorian Amazon. Additionally, it analyzes the individual and combined effects of climate change and LUCC on floods across the basin’s altitudinal gradient. In the first stage (Chapter III), this study applied the use of storm event sampling and flood-survey data to validate a modeling framework for flood hazard assessment in data-scarce watersheds. Specifically, the hydrologic modeling system (HEC-HMS) was coupled with the Nays2Dflood hydrodynamic solver to simulate the system response to several storm events including one, that flooded urban areas located within the basin. In the second stage (Chapter IV), the spatially-distributed hydrological model TETIS was calibrated and validated using nine storm samples in order to evaluate the effects of forest location and forest fragmentation on floods. The TETIS model was applied to simulate the influence of five LUCC scenarios, including forest location and forest fragmentation. The Kruskal-Wallis and the post-hoc Dunn tests were used to analyze the differences between scenarios. In the third stage (Chapter V), LUCC scenarios were prepared with two homogeneous land cover types, forest and agriculture, while precipitation scenarios were obtained through the Global Climate Model (GCM) IPSL SSP5-8.5 (CMIP6). The hydrological response of the scenarios was evaluated at 42 points across the stream network using the TETIS model previously calibrated. The individual and combined effects of climate change and LUCC were analyzed using absolute differences and the aforementioned statistical tests, including the Sheirer-Ray-Hare test. Results from the coupled approach, showed satisfactory model performance in simulating streamflow and water depths. In almost all events, the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) was within the range 0.40 ≤ NSE ≤ 0.95, while the range of Percent Bias (PBIAS) was −3.67% ≤ PBIAS ≤ 23.4%. Forest location and forest fragmentation had greater influence on overland flow than on stormflows at the basin outlet. However, forest location had more influence than forest fragmentation over both, overland flow and storm flows. Deforestation of the upper basin represented the worst scenario for flood regulation. In addition, the climate change effect on floods was more homogeneous than the LUCC effect, across the altitudinal gradient of the basin. Moreover, the relative influence of deforestation on stormflows was greater than that of climate change in the upper part of the basin, while in the lower part of the basin, the climate change was more important than LUCC for flood changes. For small floods the altitudinal range from 590 to 906 meters above sea level (m.a.s.l) was identified as a transitional area in terms of influence of deforestation on stormflows. However, a relatively stable threshold of absolute differences in peak flows and stormflow volume was obtained at 590 m.a.s.l. Finally, a slightly and statistically non-significant interaction between climate change and LUCC was identified, with an antagonistic effect in the lower part. In conclusion, native forest protection and/or reforestation, in the upper part of the basin are crucial for flood risk mitigation during small and moderate events, while maintaining several ecosystems services through implementation of NbS. The flood magnitude changes in the lower part of the basin are closely related to the scale effect and the sensitivity of the ecosystem in the upper part. Moreover, the importance of forest for flood regulation will be even greater in the future due to the climate change-induced precipitation projections. However, as storm intensity and catchment area increases, the capacity of forest to regulate floods decreases in the downstream direction and in a non-linear manner. Thus, the NbS needs to be integrated to other strategies within a broader context in order to achieve an effective flood management. The applied methodology can be used by modelers and decision-makers for flood impact assessment under climate change and LUCC scenarios in data-scarce watersheds. Moreover, the results improve our understanding of ecosystem services of Andean foothills forests and provide guidelines to implement NbS for flood regulation and climate change adaptation.
Influencia de los Microplásticos (MPs) y Productos Farmacéuticos y de Cuidado Personal (PPCPs) Derivados de la Actividad Humana Costera y sus Efectos en el Ecosistema Antártico.
(Universidad de Concepción, 2023) Perfetti Bolaño, Alessandra Antonella; Barra Ríos, Ricardo
El incremento de la actividad humana en la Antártica ha generado numerosos impactos en el ecosistema. Recientemente ha sido descrita la presencia de microplásticos (MPs) y Productos farmacéuticos y de cuidado personal (PPCPs) en ambientes costeros, principalmente en la Península Antártica. El objetivo de esta tesis fue evaluar la contribución de la actividad humana en las concentraciones de MPs y PPCPs en el ecosistema antártico. Para esto, se determinó la abundancia y composición de microplásticos en suelos y en sedimentos intermareales de la Bahía Fildes, Antártica. En los suelos se obtuvo un promedio de 13,6 partículas/50 ml de muestra, con una longitud máxima de partículas de <500 µm. Estas partículas fueron identificadas como fragmentos, caracterizados por su composición basada en resina fenoxi de color naranjo, idénticos a los revestimientos de las instalaciones de la base Frei. En contraste, en los sedimentos intermareales se registraron exclusivamente fibras en una menor abundancia (1,5 partículas/50 ml de muestra), pero mayor longitud (<2000 µm). Estas fibras se caracterizaron po una composición de tereftalato de polietileno (PET) de distintos colores, con mayores abundancias en los sitios cercanos a los efluentes de aguas residuales, donde además se encontraron fibras de algodón, lo que permite presumir que su principal fuente corresponde a aguas grises. Respecto a las variables ambientales evaluadas, si bien la materia orgánica se correlacionó positivamente con los fragmentos de plástico del suelo, esta variable parece explicarse más en la composición de los microplásticos. En tanto, las fibras de los sedimentos intermareales se correlacionaron positivamente al tamaño de partícula de los sedimentos. En general, las variables ambientales seleccionadas en este estudio parecen no explicar las concentraciones de microplásticos. Finalmente, se observó que, a pesar de las restricciones impuestas en zonas protegidas, la contaminación por microplásticos se ha expandido a éstas áreas. Un objetivo adicional fue identificar las fuentes, concentraciones y distribución de PPCPs en el sistema costero antártico y sus efectos en la biota. De modo que se realizó una revisión de los artículos científicos disponibles en la Antártica, junto a la bibliografía del Consejo de Administradores de Programas Antárticos Nacionales (CONMAP) y la Secretaría del Tratado Antártico (ATS). Esto se complementó con los datos espaciales de Quantarctica. Los resultados muestran que existe una amplia variedad de PPCPs reportados en aguas costeras los que alcanzan concentraciones de hasta 60000 ng/l. Las mayores concentraciones se detectaron en base Esperanza debido a la ausencia de tratamiento, siendo significativamente elevados para los analgésicos acetaminofén (48744 ng/l), diclofenaco (15087 ng/l) e ibuprofeno (10053 ng/l). No obstante, la implementación de un sistema de tratamiento terciario en base Scott igualmente arrojó altos valores para los filtros UV 4- metil-bencilidenoalcanfor (4-MBC) (<11700 ng/l) y 2,4- dihidroxibenzofenona (BP-1) (<6830 ng/l), así como el surfactante 4-t-octilfenol (OP) (<7050 ng/l). En general, se observó que el número de ocupantes de cada estación no fue tan determinante como la implementación de algún sistema de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, otras variables como la frecuencia de muestreo también deben ser consideradas. De este modo, se identificó a los efluentes como la principal fuente de PPCPs en la Antártica, siendo mayores las concentraciones en zonas aledañas a las bases en comparación de mar adentro. Además, la biota antártica ha sido poco estudiada, con solo una especie evaluada, por lo tanto, los eventuales efectos de los microplásticos son por ahora desconocidos. Esta tesis demuestra que las actividades humanas en la Antártica han resultado en la contaminación por MPs y PPCPs de sus suelos, agua de mar y sedimentos costeros, y que existe un alto grado de desconocimiento de los eventuales efectos en la biota. Dado que la mayoría de las estaciones antárticas se localizan en las zonas costeras, sus efluentes tienen una gran influencia sobre el ambiente marino, siendo identificados como la principal fuente de contaminación por MPs y PPCPs. En contraste, los suelos son dominados por la contaminación de microplásticos que en bahía Fildes responde al uso de suelo mediante la infraestructura. En este sentido, debido a las restricciones que rigen del Protocolo Ambiental, las limitadas actividades efectuadas dentro del territorio antártico sólo permitirían el uso y posterior eliminación de PPCPs principalmente mediante los efluentes, de modo que su presencia en suelos se espera que sea escasa o nula. El principal inconveniente es que algunas de las estaciones de investigación carecen de tratamiento terciario, descrito como uno de los más efectivos en la remoción de PPCPs. Asimismo, se permite la liberación de efluentes sin tratamiento directamente al mar. En consecuencia, mayores esfuerzos por sobre lo dictado por el Protocolo Ambiental, como el mejoramiento voluntario de estos sistemas de tratamiento y el control, tanto en el ingreso como uso de estos contaminantes, son medidas que podrían compensar la deficiente remoción de algunos contaminantes, ante la espera de nuevas regulaciones de los contaminantes emergentes antes mencionados.
Análisis de la regulación nacional sobre planificación territorial y propuesta jurídica para la incorporación del enfoque ecosistémico en los instrumentos de ordenamiento territorial en Chile a través de la Evaluación Ambiental Estratégica
(Universidad de Concepción., 2022) Reicher Salazar, Oscar Eduardo; Arumi Ribera, José Luis; Delgado Schneider, Verónica
La incorporación de la variable ambiental en los instrumentos de planificación del uso de suelo, se ha concentrado en etapas previas a la decisión pese a que una vez adoptada la decisión estratégica, resulta también necesario hacer un seguimiento de los impactos o efectos ambientales que dicho plan efectivamente provoque, así como la posibilidad de que se adopten medidas destinadas a corregirlos cuando estos generen efectos adversos o imprevistos. La forma en que se realice el seguimiento variará en cada país según el respectivo ordenamiento jurídico. El objetivo de este trabajo es conocer estas formas de seguimiento en instrumentos de planificación del suelo urbano, comparando la regulación chilena con la francesa y portuguesa, a través de 3 preguntas de investigación centradas en determinar si existe dicha etapa, si es posible modificar el instrumento de planificación ante la generación de efectos adversos y si se contemplan medidas de compensación ante dichos efectos. Este trabajo demuestra que normativamente existe una brecha significativa con las regulaciones de Francia y Portugal, ya que los instrumentos de planificación chilenos no tienen la posibilidad de adecuación, ni tampoco existe en Chile normas destinadas a compensar los efectos ambientales adversos.El seguimiento de los impactos sobre el desarrollo sustentable generado por las ciudades, ha llevado a diferentes países incorporar el instrumento de gestión ambiental de Evaluación Ambiental Estratégica (EAE). Para ello, el uso de indicadores es esencial dado que permiten monitorear y prevenir efectos adversos que se produzcan como consecuencia de la urbanización. Tras una década de funcionamiento de ese instrumento en Chile, no se había realizado una revisión de los indicadores utilizados en el marco de la EAE para monitorear los efectos generados por planes urbanos. Como no existe una estandarización de indicadores en la normativa chilena, se siguieron clasificaciones internacionales de indicadores: Clasificación de Presión-Respuesta-Estado elaborado por la OECD y Norma ISO Nº37120. Bajo estos criterios se clasificaron los indicadores de seguimiento ambiental utilizados por las regiones con mayor población en Chile. Los resultados muestran bajos porcentajes en el uso de indicadores que pueden ser categorizados de seguimiento ambiental, centrándose en aspectos urbanos. El trabajo concluye con preguntas que debiesen ser consideradas para futuras mejoras en el seguimiento de los impactos generados por la urbanización.
Reconstrucción de eventos de floraciones de cianobacterias durante los últimos 1000 años basado en Pigmentos Sedimentarios y ADN: Buscando evidencias de eventos climáticos y alteraciones Antrópicas.
(Universidad de Concepción., 2022) Montes Reyes, Isis Yelena; Urrutia Pérez, Roberto Enrique
Las reconstrucciones paleolimnológicas de latitudes medias y altas en el hemisferio sur son todavía relativamente escasas, existiendo un vacío de información que requiere mayor atención para entender los eventos climáticos del pasado. Los impactos antropogénicos han evidenciado cambios en el estado trófico y un aumento de floraciones de cianobacterias en el sistema lacustre de San Pedro de la Paz en las últimas décadas. En el presente trabajo se reconstruyó la producción primaria y los cambios sedimentológicos que abarcan los últimos 2500 años en dos lagos costeros en la zona Central de Chile, Laguna Grande (LGSP) y Laguna Chica de San Pedro (LCSP). Se realizó un enfoque multiproxy en ambos sistemas acuáticos que incluyó los análisis sedimentológicos de sílice biogénica, isótopos estables de carbono y nitrógeno, pigmentos fósiles, análisis de las propiedades espectrales a través de R570/630, R660/670, RABD660-670, además de otros indicadores de producción primaria como radio CD/TC, feopigmentos-a/clorofila-a y total de carotenoides/total de pigmentos en ambos núcleos de sedimentos. Nuestros resultados mostraron un cambio evidenciado en la sedimentología de los lagos, el cual ocurrió hace aproximadamente 2000 años, probablemente relacionado con los aportes de sedimentos terrígenos derivados de alteraciones hidrológicas y procesos naturales en las cuencas. Se identificó además un período de baja producción primaria entre 850 a 1050 AD para LCSP, evidenciado con una disminución de TOC, TON, δ 13C, δ 15N, Bsi y en pigmentos como Pheophytin-a y valores bajos de Alloxanthin y Canthaxanthin, lo que posiblemente sugiere condiciones de alta precipitación y condiciones cálidas posiblemente relacionado con condiciones similares a El Niño entre 650 y 950 AD (Fletcher & Moreno 2012; Garreaud et al. 2009; Martel-Cea et al. 2016). Las últimas décadas evidenciaron incrementos en la producción primaria como resultado de perturbaciones antropogénicas, que incluyeron la eliminación de la vegetación nativa, la introducción de especies exóticas y un crecimiento de la urbanización, lo que a su vez resultó en aportes de nutrientes y por lo tanto en procesos de eutrofización. Perturbaciones alrededor de 1500 AD para LCSP y LGSP mostraron una tendencia hacia el incremento de TOC, TN y un cambio notorio en C/N radio para ambas lagunas, las cuales podrían considerarse como las primeras intervenciones humanas en ambos lagos, asociadas con la llegada de los españoles a la región. Por otro lado, se observaron cambios notables, registrados en un aumento para TOC, TON y C/N radio y un distinguible cambio en CD/TC radio, Pheopigmento-a/ chlorophyll -a y el total de los carotenoides/total de pigmentos alrededor de 1900 AD en LGSP estuvieron probablemente asociados con las actividades mineras de Lota. Dichos procesos industriales llegaron a generar la devastación del bosque nativo con procesos erosivos y de arrastre de materia orgánica alóctona que enriqueció el sistema acuático. En el caso de la comunidad de cianobacterias, se mantuvo presente a lo largo del núcleo de sedimento, mostrando una contribución significativa de los AD 1500 años en adelante, alrededor del año AD 1900 y en los últimos 150 años para LGSP, mientras que la presencia de criptofitas y diatomeas representó la mayor contribución para LCSP a lo largo de los sedimentos. Adicional a los proxies utilizados, estudios futuros también deberán concentrarse en investigar la aplicación de los indicadores de producción primaria, así como estimar los cambios a través del ADN antiguo y evaluar el potencial de estas técnicas en conjunto, donde la detección de tendencias de estos análisis multiproxy, apoyará la decisión de los gestores ambientales, permitiéndoles responder de manera más efectiva a los cambios ambientales y evitar o mitigar estos cambios de manera proactiva. Concluimos que es urgente un programa de manejo integrado para ambos lagos como un mecanismo de conservación, permitiendo regular las actividades antropogénicas que realizan en los sistemas acuáticos y se contribuya a la adaptación y mitigación ante el cambio climático de la región.
Importancia de los Ríos Intermitentes ante el Cambio Climático: análisis de su resiliencia en el Río Lonquén.
(Universidad de Concepción., 2022) Banegas Medina, Benigno Andiranel; Figueroa Jara, Juan Ricardo
Los ríos intermitentes y los arroyos efímeros son cursos de agua que cesan su caudal superficial en el tiempo y en el espacio, distinguiéndose entre períodos húmedos y secos. Se conoce que más del 50% de la red fluvial mundial son intermitentes, y son considerados como un mosaico de hábitats cambiante por pasar de un estado lóticos, lénticos a terrestres. Actualmente, estos ecosistemas se encuentran poco estudiados y no se reconocen como un objetivo prioritario para la conservación. El presente estudio se realizó en el Río Lonquén, perteneciente a la Zona Mediterránea Chilena, la cual se espera que ésta región bajo proyecciones de cambio climático, presente un aumento en la temperatura media del aire de 2º a 4º C y una reducción del caudal superficial de 30% a un 40% para finales del siglo XXI. Basamos nuestro estudio en 30 años de datos de caudal hidrológico, aplicando las herramientas como el IHA, las tendencias de Mann-Kendall y la herramienta TREHS. Nuestros resultados indicaron que el río Lonquén es un río intermitente con pozas. Se identificaron tendencias negativas en el caudal medio mensual al 95% de nivel de confianza (Z = -2.08; S = -4641; p = 0.037) equivalente a una disminución de 0.031 m3 /s por año). Por otro lado, se determinaron tendencias positivas a los días de flujo cero al 90% de nivel de confianza (Z = 1,74; S = 148; p = 0,08), aumentando en 3.5 días por año. La Herramienta TREHS permitió determinar las dos métricas en la previsibilidad estacional de seis meses del período seco (Sd6 = 0.9593), y la medida de la permanencia del caudal (Mf = 0.6559) que revelan un régimen intermitente con 2 pozas para el río Lonquén. De igual manera, identificamos los estados acuáticos destacando un período seco entre diciembre a abril con predictibilidad de 78% a 100%. En cambio, el período húmedo se observó de junio a noviembre con una predictibilidad superior al 60 %. Durante la recesión y reanudación del caudal se identificaron cuatro estados acuáticos: desecación, seco con pozas desconectadas, reanudación y flujo base. Estos estados acuáticos nos permitieron evaluar la heterogeneidad ambiental de las variables ambientales y taxonómicas. Nuestros hallazgos mostraron variaciones significativas entre las condiciones ambientales y las comunidades de invertebrados. Durante la desecación, la abundancia, riqueza y diversidad (Índice de Shannon) se presentaron en valores altos en comparación al resto de los estados acuáticos, mientras que la rotación de especies fue máxima principalmente durante las condiciones de caudal base. Las pozas desconectadas y la reanudación del flujo se caracterizaron por presentar altas proporciones de taxones lénticos y no insectos, como las especies endémicas de bivalvos, gasterópodos y crustáceos, destacando la relevancia de las pozas desconectadas como refugios. Las variaciones taxonómicas en los ríos intermitentes estuvieron determinadas por la abundancia de anélidos (Nais sp. y Lumbricus sp.), quironómidos, cladóceros (Bosmina hagmanii), copépodos (Cyclopoida), ostrácodos (Herpetocypris reptans y Cypridopsis vidua), efímeras (Caenis sp. y Andesiops sp.), el gasterópodo Physa chilensis, en el aporte de la disimilitud de las fases hidrológicas. Por otro lado, los rasgos de resiliencia y resistencia en las fases hidrológicas estuvieron constituidos 3 por 14 modalidades, con una distinción por la duración del ciclo de vida corto y las muchas generaciones por año como parte de las categorías de resiliencia en la recesión del caudal. Los rasgos de resistencia destacaron la presencia de capullos y la respiración del plastrón en las pozas desconectadas. Los rasgos de resistencia y resiliencia fueron indicativos de estrategias ecológicas para sobrevivir y restaurar la biota después de la perturbación por sequía. Finalmente, el estudio global enfocado en los desechos vegetales terrestres, biopelículas y sedimentos del cauce seco de los ríos intermitentes, incluido el río Lonquén, reflejó un incremento en el consumo de oxígeno y liberación de dióxido de carbono con un aporte crítico del 4% de las emisiones globales de CO2 de ríos intermitentes, además de una gran contribución de desechos de plantas y lixiviados hacia los sedimentos. Por lo tanto, se requieren más estudios para ampliar la comprensión del comportamiento de los invertebrados acuáticos para enfrentar escenarios de cambio climático y perturbaciones humanas.
Development of fishways for longitudinal connectivity of Chilean rivers threatened by small-scale hydropower plant.
(Universidad de Concepción., 2022) Laborde García, Anita Alejandra; Link Lazo, Óscar Eduardo
Freshwater ecosystems have become severely fragmented by artificial instream structures. Significant efforts have been made to reconnect freshwater systems to support fish movement through the design and installation of dedicated fish passage structures, or fishways. However, fishway design is based on a traditionally unique focus on salmonids or a small number of species often from northern regions. As such, designs may not be effective in other parts of the world, such as the Southern Hemisphere. Particular examples include Australia, New Zealand and South America, where native species consist mainly of small-bodied fish, a term that refers to adult fish with a body length of up to 15 cm. The present research is motivated by the need to develop novel and innovative approaches to advancing fishway mitigation technologies for small-bodied fish and small juveniles exposed to instream structures. The situation of Chilean native fish species is used as the basis of a case study for the development of fishways for small-bodied fish worldwide. Three fundamental research questions are raised. (1) Which is the target group for the development of fishways in Chile? (2) What is the swimming performance of target group species? (3) Is there a fishway configuration suitable for passage of the target group, and can that suitability be quantified? Trichomycterus, Diplomystes and Percilia (the TDP group) were the most prevalent genera within the assemblages present at planned hydropower project sites in South Central Chile (present at 40% of the sites; Laborde et al., 2020). The TDP group is composed of two small-bodied fish species (T. areolatus and P. irwini) and a species that coexists alongside them in its juvenile stage (D. nahuelbutaensis, juveniles up to 15 cm; Arratia et al., 1983). All three are benthofagous and resident species. Consequently, the TDP group was identified as a target group for the facilitation of fish passage. Swimming capacities of TDP group species were estimated based on information obtained from the literature concerning applicability of proposed dimensionless variables and a proposed correlation of swimming capacities with fish species characteristics. Results showed that the dimensionless swimming capacities of small-bodied and large-bodied fish species are not comparable, even for the same taxonomic order, suggesting scale effects. Results also showed that the distance design curve proposed by Peake (1997) and applied to Percilia suggests fish passage velocity of up to 41 cm/s -1 along a 100-metre-long fishway. Based on a review of the literature, fishway baffle designs were identified as the most suitable for the TDP group. Consequently, three different fishway configurations were proposed and evaluated over a 4-metre-long prototype fishway: lateral baffles (treatment 1); baffle array (treatment 2); and alternating lateral baffles (treatment 3). Passage of individual fish and interspecific fish groups was assessed. Performance was quantified as passage efficiency, percentage of attempts, and percentage of impingements. In general, results showed that baffles increased passage efficiency and decreased the percentage of impingements. The lateral baffles configuration (treatment 1) showed the highest passage efficiency for T. areolatus (efficiency of 70%, 30% and 0% for treatments 1, 2 and 3, respectively) and P. irwini (efficiency of 43%, 0% and 20% for treatments 1, 2 and 3, respectively). In individual and interspecific group experiments, fish passage performance metrics in the lateral baffles configuration were not significantly different for T. areolatus, P. irwini and D. nahuelbutaensis. As such, lateral baffles constitute the optimum multi-species fishway design for small-bodied fish. Group passage efficiency in the lateral baffles configuration was 37%.
Evaluación técnica y ambiental de la eliminación de fósforo en humedales construidos para el tratamiento de aguas residuales.
(Universidad de Concepción., 2022) Carrillo Líbano, Valentina Paz; Vidal Sáez, Gladys Cecilia
El crecimiento acelerado urbano, pronostica aumentos dramáticos en la generación de aguas residuales, donde el fósforo es el principal nutriente responsable de la eutrofización de los cuerpos de agua, generando uno de los problemas más grandes y futura amenaza a los ecosistemas acuáticos. Los humedales construidos han sido una tecnología ampliamente utilizada para el tratamiento de aguas residuales en zonas descentralizadas siendo una alternativa ambientalmente atractiva. En general, la tecnología de humedales construidos se diseña y se construye con monocultivos que consiste en solo una especie de planta seleccionada para el tratamiento de las aguas residuales. Se ha visto que la selección de la planta y el tipo de cultivo como los mono o policultivos (dos o más especies de plantas) mejora la eliminación de fósforo desde las aguas residuales. Sin embargo, los estudios de humedales construidos se enfocan desde el punto de vista técnico, aumentando las eficiencias, o rendimientos del tratamiento sin investigar la evaluación o beneficios ambientales que realmente ofrecen. En este sentido, la investigación de análisis de ciclo de vida en humedales construidos que permita comparar sistemas de monocultivos con policultivos es limitada. Por lo tanto, se hace necesario evaluar si el desempeño técnico de los mecanismos de eliminación de fósforo en los humedales construidos con distintos sistemas de cultivos influye en el desempeño ambiental. Debido a lo antes indicado, el objetivo de esta tesis de doctorado fue evaluar técnica y ambientalmente la eliminación de fósforo en sistemas de monocultivo y policultivos en un humedal construido para el tratamiento de aguas residuales, con la finalidad de evaluar el desempeño ambiental. Primero se identificaron los mecanismos de eliminación de fósforo en humedales construidos (Capítulo III, IV). Seguido por la evaluación de la asimilación de fósforo por plantas en sistemas de monocultivo y policultivo (Capítulo V). Finalmente se realizó la evaluación del desempeño ambiental de estas a través de la herramienta de análisis de ciclo de vida (Capítulo VI). Durante este trabajo de investigación se estudió un humedal construido de flujo subterráneo horizontal (HSSF) a escala piloto con monocultivos y policultivos. Se implementaron cuatro celdas 22 de cultivo con un área de 4,5 m2 , tres se sembraron con monocultivos de Phragmites australis (Phr) planta comúnmente utilizada, Schoenoplectus californicus (Sch) especie nativa y Cyperus papyrus (Cyp) planta ornamental, y un policultivo se sembró con Cyperus papyrus y Zantedeschia aethiopica (Cyp/Zant) especies ornamentales. Se evaluaron parámetros fisicoquímicos e insitu, eficiencia de eliminación de fósforo, características de crecimiento, producción de biomasa, contenido y asimilación de fósforo y emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), que fueron agrupadas dependiendo de la estación del año en estación cálida (primavera/verano) y estación fría (otoño/invierno). Los resultados mostraron que la eliminación de fósforo tuvo un mejor desempeño en el sistema de policultivo plantado con especies ornamentales Cyp/Zant con una eficiencia de eliminación de 30- 33%. Seguido por el monocultivo ornamental Cyp con un 22-27% y finalmente los monocultivos Phr y Sch entre un 9-18%. No se observó un efecto significativo en el rendimiento entre las estaciones cálida y fría. Sin embargo, la eliminación de fósforo fue entre 3-9% mayor en la estación fría dependiendo de la especie. La mayor parte del fósforo ingresado fue retenido por el medio de soporte (adsorción/precipitación) y microrganismos (asimilación/transformación) en el HSSF con 13-31%. Las plantas (asimilación) representaron entre un 4-26%, mientras que el fósforo en los efluentes estuvo entre 57-79%. Los principales factores que se correlacionaron con la eficiencia de eliminación de fósforo fueron la carga de fósforo, la carga hidráulica y el oxígeno disuelto. La producción y la densidad de la biomasa vegetal varió de 1,5 a 5,4 kg de peso seco (PS)/m2 y de 435 a 1298 individuos/m2 . La especie Sch se adaptó mejor al HSSF con una cobertura de 89% y una biomasa de 4,9 kgPS/m2 , esto se debió a que es una especie nativa. De manera contraria las plantas ornamentales mostraron una biomasa en el monocultivo Cyp de 1,8 kgPS/m2 y el policultivo Cyp/Zant de 2,5 kgPS/m2 mostrando una baja adaptabilidad, sobre todo la especie Zant. La asimilación de fósforo promedio por las plantas fue 3 gP/m2 y 6 gP/m2 para los monocultivos Phr y Sch y de 30 gP/m2 para el monocultivo Cyp y el policultivo Cyp/Zant. Además, la asimilación de fósforo en la estación cálida fue hasta 6 veces mayor en los tallos debido a su etapa de crecimiento. Mientras que en la estación fría fue hasta 7,5 veces mayor en las raíces durante la etapa de senencencia. 23 El desempeño ambiental del sistema del policultivo (Cyp/Zant) presentó un impacto ambiental 14% menor que los monocultivos para la categoría eutrofización de agua dulce, reduciendo la eutrofización de aguas continentales. En cambio, en la categoría de cambio climático el policultivo Cyp/Zant mostró el mayor potencial de impacto ambiental con 8,05 kgCO2eq/m3 , principalmente debido al efecto directo de las emisiones de GEI. Dependiendo del escenario seleccionado, el impacto ambiental de la eutrofización del agua dulce llegó a ser cerca de 328 y 277 veces mayor que el impacto ambiental estimado para la categoría de cambio climático para Phr y Sch respectivamente. Mientras que fue 60 y 38 veces más para los escenarios Cyp y Cyp/Zant. Por lo tanto, una disminución sustancial de las concentraciones de fósforo (20-30%) en el efluente conllevaría a una compensación ambiental en términos de emisiones de GEI, los cuales fueron hasta 3 veces más en los sistemas de policultivos.
Efectos del uso del suelo en la disponibilidad de la materia orgánica disuelta coloreada (CDOM) y su influencia en el sistema de carbonato de la zona costera.
(Universidad de Concepción., 2022) Curra Sánchez, Elizabeth Dayana; Vargas Gálvez, Cristian; Broitman Rojas, Bernardo O.
El cambio de uso del suelo en las cuencas hidrográficas se ha convertido en un problema ambiental de escala global durante los últimos años. Dichos cambios están asociados a impactos en la estructura y funcionamiento de los ecosistemas acuáticos, la integridad ecológica del paisaje en general y el aprovisionamiento de servicios ecosistémicos claves (aprovisionamiento de agua, biodiversidad). Junto a lo anterior, los ríos constituyen además un nexo entre la tierra y el océano-costero en el marco de los ciclos biogeoquímicos globales. Sin embargo, todavía existe poca información sobre los efectos del uso diferencial y el cambio de uso de suelo sobre la materia orgánica disuelta esportada por los ríos, especialmente la fracción coloreada (CDOM por sus siglas en inglés). Este CDOM, forma parte importante de los flujos de materia orgánica terrestre, contribuyendo a los ciclos biogeoquímicos de carbono y otros elementos en el agua, interviniendo en procesos como la atenuación de la luz, y además generando CO2 como subproducto, entre otros. Se conoce poco o casi nada sobre la influencia que el CDOM puede tener sobre el sistema de carbonatos de las zonas costeras (i.e. pH, pCO2, estado de saturación del carbonato de calcio, Ω), el cual juega un papel clave para muchos organismos que construyen estructuras calcáreas. En esta tesis doctoral, estudiaremos la interacción río-océano costero en dos cuencas hidrográficas del sur de Chile (i.e., cuenca del Río Colu con mayor intervención antrópica y la cuenca del Río Yaldad insertada en parte de un parque privado con dominancia de bosque nativo). Ambas cuencas se encuentran cercanas geográficamente, bajo un régimen climático similar, pero el uso de suelo de sus cuencas es significativamente contrastante. En XIX el marco de este estudio, se realizaron tres campañas de muestreo una durante la primavera y dos campañas durante el verano austral del año 2019. Durante cada una de estas campañas, se tomaron muestras in situ en ocho estaciones distribuidas entre el río y la zona estuarino-costera, para analizar parámetros como el CDOM, fDOM, DIC, AT, pH, pCO2, nutrientes, abundancia bacteriana, temperatura, salinidad, clorofila y oxígeno disuelto (OD). Además, se estimó el CDOM (CDOMest) a partir de algoritmos satelitales empíricos, para lo cual se seleccionaron y probaron nueve algoritmos satelitales de la bibliografía. Estos algoritmos se aplicaron a las imágenes satelitales del Landsat 8 para la primavera y el verano austral del año 2019 para extraer los valores de CDOM y compararlos con las mediciones in situ de la misma fecha. Se seleccionó el algoritmo que tuvo mejor ajuste de regresión lineal, en este caso M14, con la finalidad de aplicarlo a las imágenes satelitales del Landsat 7 (ETM+) y 8 (OLI) y obtener una serie temporal de CDOMest de aproximadamente 18 años (2001-2011 y 2013-2020). Los resultados demostraron que puede existir una estrecha relación entre los usos de suelo con la disponibilidad de CDOM y la composición de este y el fDOM que llega a las zonas costeras. Comprobamos preliminarmente la relación negativa entre la cantidad y principalmente la composición del CDOM y fDOM sobre la concentración de DIC y AT en las zonas costeras, que influye en los niveles de pH y Ω. Esto último, tiene una gran relevancia, dado en la zona costera de Yaldad se lleva a cabo una actividad intensiva de cultivo de bivalvos (“mejillones”). La reconstrucción de una serie temporal de 18 años de CDOMest reveló una tendencia creciente en la concentración de CDOM en ambas zonas costeras de estudio. El estudio además contempló un análisis de los patrones temporales de variabilidad ambiental XX obtenidos para la serie temporal como: Chla, iPAR, precipitación, temperatura superficial, altura normalizada de la línea de fluorescencia (nFHL) y el cambio de uso del suelo. De los cuales se observó que los cambios de uso de suelo específicamente praderas-agricultura y el bosque nativo, a lo largo del período de estudio influyeron significativamente en las variaciones de la disponibilidad del CDOM en las zonas costeras. Estos hallazgos proveen robustas evidencias de la relación del uso y cambio de uso de suelo sobre el CDOM y su impacto e influencia sobre el sistema de carbonato, con posibles implicancias para los organismos calcificadores. Los resultados de esta tesis doctoral, provee valioso conocimiento que servirá de base para futuros programas de monitoreo ambiental, así como la planificación territorial estratégica de las zonas marino-costera del mar interior de Chiloé. Finalmente, el presente estudio abre nuevas interrogantes relacionadas con la relación existente entre el CDOM y los ciclos biogeoquímicos de zonas costeras, y en especial con el sistema de carbonatos, relación pobremente estudiada a la fecha, así como sus posibles efectos en los organismos calcificadores.
Reconstrucción de precipitaciones entre la Patagonia septentrional y zona central de Chile. Hay diferencias entre periodos de sequía y mayor precipitación.
(Universidad de Concepción., 2021) Jana Pinninghoff, Patricia Alejandra; Araneda Castillo, Alberto
El Cambio Climático es un problema ambiental de gran interés en los últimos años, el cual se debe al aumento de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) generadas por la acción humana. Por esta razón es importante establecer el comportamiento climático previo a la intervención humana en las emisiones de CO2. En Chile, existe un gradiente latitudinal de precipitaciones (<1 a >4000 mm/año), en el cuál aumenta de norte a sur. Este cambio se produce debido a la interacción entre el anticiclón subtropical del Pacífico sur (ACP) y la Deriva de los vientos del Oeste (DVO). Además, en la Patagonia chilena, la DVO es la principal responsable por las precipitaciones en esta área y al chocar con el continente, se produce un abrupto gradiente de precipitación que a disminuye de oeste a este. De esta forma, definir la zona más sensible frente a cambios en la intensidad de la DVO es de suma importancia, puesto que se espera que esta zona será capaz de amplificar la señal climática. Así, el objetivo de este trabajo fue reconstruir las precipitaciones entre la zona central de Chile y la Patagonia septentrional chilena para determinar diferencias o similitudes entre periodos de sequía o de mayor precipitación Para esto se definieron dos zonas de importancia para realizar el estudio, la zona central de Chile (ciudad de Santiago; 33ºS) y los 46º S en la Patagonia Chilena. En la zona central se realizó una reconstrucción climática utilizando registros históricos generados por Benjamín Vicuña Mackenna, quien plasma la gran mayoría de los registros climáticos existentes de la ciudad de Santiago desde la llegada de los españoles en 1535 DC hasta su publicación en 1877 DC. De esta forma, cuando Vicuña Mackenna relataba un año o periodo de mayor precipitación/sequía, se le asignó un valor de +1/-1. Para realizar la reconstrucción climática en la Patagonia (46º S) se utilizaron registros sedimentarios de los lagos Oscuro y Tranquilo, ubicados dentro del gradiente de precipitaciones que va de oeste a este en esta zona. Se analizaron los indicadores geoquímicos, físicos y sedimentológicos, como materia orgánica, susceptibilidad magnética y granulometría; e indicadores biogeoquímicos como ácidos grasos provenientes de ceras de hoja y į2H en el carbón-28 de estos ácidos grasos.
Respuestas biológicas en peces nativos por mezcla compleja de contaminantes químicos en el Río Biobío, Chile Central. Aporte a los antecedentes biológicos necesarios en una norma secundaria de calidad ambiental.
(Universidad de Concepción., 2021) Quiroz Jara, Mauricio Alejandro; Barra Ríos, Ricardo Orlando
El río Biobío es la tercera cuenca más importante del país con una superficie de 24.260Km2 y abastece de agua potable a cerca de 970.000 habitantes. Numerosas empresas utilizan el recurso hídrico para sus procesos industriales, lo que tiene como consecuencia la eliminación de efluentes sobre su cauce principal generando zonas de contaminación puntual (industrias de la celulosa y el papel, aguas servidas, entre otras) las que, debido a la mejora en sus tecnologías, han presentado un aumento en su productividad en los últimos años. Además, es posible detectar zonas de contaminación difusa, dado por el uso de suelo agrícola y forestal, situación que en conjunto han afectado la biota y calidad del agua principalmente en el tercio inferior de esta cuenca. Los estudios que se han realizado en el río Biobío para detectar el efecto de los efluentes industriales y de plantas de tratamiento de agua servidas sobre los organismos acuáticos, han demostrado efectos desde alteraciones de las funciones metabólicas, activando enzimas de detoxificación, hasta alteraciones de tipo reproductivo. Aunque la mayor parte de estos estudios se han realizado con especies introducidas, y bajo condiciones de laboratorio, los resultados obtenidos por distintos investigadores, dan evidencia de grupos de compuestos que tienen significativos efectos biológicos. Por esta razón, es necesario continuar utilizando herramientas como biomarcadores, debido a que son instrumentos válidos en estudios ecotoxicológicos, para evaluar las respuestas entregadas por peces bioindicadores. En un marco de evaluación de efectos acumulativos con una aproximación basada en efectos, la importancia de utilizar múltiples biomarcadores en ictiofauna nativa permite detectar el potencial daño que están produciendo la mezcla compleja de estresores químicos liberados al cauce principal por los efluentes industriales, tratamientos de aguas residuales y/o uso agrícola y forestal en la cuenca. Esta situación adquiere relevancia debido a que la ictiofauna nativa presente en el río Biobío, posee un valor biológico evolutivo que constituye un recurso genético único en el mundo y por lo tanto, representado por un alto endemismo, no sólo a nivel de especies sino también, a nivel de género y familia y por un alto porcentaje de especies con características primitivas. Por esta razón la alteración en los ambientes puede llevar a una disminución de las poblaciones de nuestros peces nativos, y eventualmente a su extinción. En base a lo expuesto anteriormente, es necesario entender cómo el desarrollo urbano, agrícola e industrial en el río Biobío altera la calidad del agua e impacta el estado fisiológico de la ictiofauna nativa expuesta a distintas condiciones ambientales y estresores de diversa naturaleza, con un gradiente de efectos de mayor intensidad en zonas de contaminación puntual y en un gradiente longitudinal hacia el tercio inferior, respecto a zonas de contaminación difusa; siendo el objetivo de este estudio, establecer e identificar las respuestas biológicas, evaluadas mediante estrategia de biomarcadores en peces nativos, asociadas a mezcla compleja de contaminantes químicos de origen urbano, agrícola e industrial en la cuenca del río Biobío. Los resultados expuestos en esta tesis de doctorado, dan cuenta de cambios fisiológicos en los peces nativos Percilia irwini y Trichomycterus areolatus, a lo largo del curso principal del río Biobío. Estos resultados evidencian que los ejemplares presentes en sitios de alto impacto antropogénicos presentan un mayor número de oocitos en la estado primario, con un crecimiento protoplásmico de oocitos primarios significativamente mayor que los sitios de referencia Lonquimay (LQ) y Balsa Caracoles (BC). Este comportamiento también se observa en los oocitos vitelogénicos presentes en la zona de referencia LQ, en comparación con los sitios Puente Coihue (PC) y Santa Juana (SJ), donde se reduce la presencia de ooocitos maduros. El menor número de oocitos vitelogénicos indica un crecimiento gonadal armónico saludable en las áreas de menor intervención antrópica correspondiente a las zonas de referencia (LQ y BC). Además, en el período de otoño (marzo), los oocitos en estado vitelogénico pertenecientes a los sitios PC y SJ evidencian una disminución en crecimiento (diámetro) y frecuencia (número de oocitos por estadío de maduración)El desarrollo de un índice integrado de biomarcadores fisiológicos (IPBR), permitió evaluar cambios globales de las respuestas biológicas obtenidas y relacionar patrones de efectos con diferentes mecanismos de acción toxicológica en determinadas zonas del río con diferentes perfiles de contaminación. Nuestro índice IPBR indicó la ocurrencia de efectos fisiológicos asociados con un gradiente espacial y temporal, similar al patrón encontrado en biomarcadores moleculares (EROD) e individuales (longitud total, peso total e IGS) medidos en ambas especies. Lo observado en ambas especies estudiadas en el río Biobío mediante IPBR fue influenciada por la perturbación antropogénica provocada por compuestos químicos xenobióticos de diversa naturaleza, sugiriendo un efecto espacial acumulativo debido a la degradación ambiental en el tercio inferior del río Biobío, evidenciando una disminución de la condición biológica en ambos peces silvestres, y estos cambios manifiestos están relacionados con la alta actividad antropogénica desde Lonquimay hasta los sitios de Puente Coihue y Santa Juana. Los resultados obtenidos a través de IPBR, permiten observar un perfil de efectos fisiológicos en el curso principal del río Biobío y concuerda con el perfil de calidad de agua establecido en esta importante cuenca.
Agotamiento de las aguas subterráneas y su relación con la agricultura y los ecosistemas dependientes en cuencas del Centro-Norte de Chile.
(Universidad de Concepción., 2021) Durán Llacer, Iongel; Arumi Ribera, José Luis
El agua subterránea (GW) es la principal fuente de agua dulce no congelada del planeta y, en muchas áreas semiáridas, es la única fuente de agua disponible durante los períodos de estiaje. Su uso se ha intensificado en las últimas décadas y existe un creciente riesgo de agotamiento a nivel mundial. En el Centro-Norte de Chile, zona de alta producción agrícola, se ha producido un agotamiento de las GW como resultado de las condiciones semiáridas y la alta demanda de agua, lo que ha desencadenado importantes conflictos sociales, algunos por la sequía y otros por las prácticas del agronegocio en el contexto de un modelo privado de gestión hídrica. No obstante, debido a la alta demanda de GW, la integridad ecológica de muchos ecosistemas que dependen estrictamente de este recurso también puede verse afectada, en particular aquellos conocidos como Ecosistemas Dependientes de las Aguas Subterráneas (GDE). Por tanto, el objetivo principal de esta investigación es evaluar la relación entre el agotamiento de las GW con los cambios en la agricultura y los ecosistemas dependientes en las cuencas La Ligua y Petorca, Región de Valparaíso, Chile. La relación entre las GW y la agricultura fue evaluada a través del Índice Estandarizado de Precipitación (SPI), el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), el cambio del uso del suelo entre 2002 y 2017, los derechos otorgados de las GW y los datos del nivel del agua en pozos. Estas variables empleadas fueron analizadas estadísticamente mediante correlaciones, correlaciones cruzadas, test de tendencia y análisis de conglomerados. El análisis satelital general se desarrolló en la plataforma Google Earth Engine (GEE). Posteriormente, un nuevo método geoespacial con un enfoque integrado y temporal fue desarrollado para mapear Zonas Potenciales de Ecosistemas Dependientes de las Aguas Subterráneas (PGDEZ en inglés), con el objetivo de analizar los cambios espacio-temporales de los GDE ante el nivel cambiante de las GW. Se realizó una encuesta a expertos para asignar peso a distintos parámetros geoespaciales considerados como predictores de la presencia de GDE. Luego 14 parámetros fueron reclasificados y normalizados en una escala de 1 a 5 según la alta o baja probabilidad de encontrar estos ecosistemas (muy alta, alta, media, baja y muy baja). El mapeo se llevó a cabo mediante la herramienta de superposición ponderada en el ArcGIS 10.8.1 y la validación se realizó mediante trabajo de campo. Por último, se analizaron datos de GW, lluvia y NDVI. Se demostró que el GW disminuyó significativamente (en el 75% de los pozos) y que la sequía hidrológica ha sido moderada pero muy prolongada. El área de cultivo del palto en La Ligua aumentó significativamente (2 623 ha), con respecto a otras áreas agrícolas, mientras que en Petorca disminuyó en 128 ha. En ambas cuencas las zonas de aumento del palto coincidieron con las zonas de mayor disminución de las GW y en Petorca se presentó el mayor aumento de la cantidad de embalses. Las correlaciones GW-lluvia fueron bajas, mientras con el NDVI resultaron altas, y los derechos de las GW se otorgaron continuamente a pesar de la sequía. Estos resultados confirmaron que el agotamiento de los acuíferos fue influenciado principalmente por factores antrópicos debido a la sobreexplotación de las GW como consecuencia del aumento de la demanda de agua por la agricultura y la falta de gestión hídrica. Por otra parte, los parámetros geoespaciales de mayor peso asignado por los expertos (N=26) con respecto a la probabilidad de presencia de un GDE fueron la geología, la lluvia, el uso del suelo, la geomorfología y el NDVI. Los mapas de las PGDEZ entre el 2002 y el 2017 mostraron un descenso en la superficie de las zonas “muy altas” y “altas” (0.72 y 7.43 %, respectivamente). Los parámetros temporales más sensibles en el análisis multicriterio fueron la lluvia y el cambio del uso del suelo, siendo la lluvia el de ligeramente mayor influencia. Se demostró además que los ecosistemas identificados como GDE disminuyeron o fueron afectados mayormente por el agotamiento de los acuíferos (NDVI-GW, r Pearson ≥ 0.74), respecto a la lluvia y los cambios antrópicos.
Análisis de la variabilidad genética, conectividad y persistencia del género Percilia en las cuencas de los Ríos Biobío e Itata: conocimiento genético para la conservación en la gestión ambiental de Chile.
(Universidad de Concepción., 2021) Valenzuela Aguayo, Francisca Veronica; Habit Conejeros, Evelyn Maríana; Ruzzante, Daniel
La diversidad genética es el componente más básico y fundamental de la Biodiversidad dado que el potencial evolutivo de las especies depende en gran medida de la cantidad de variación genética dentro de las poblaciones y de su distribución entre poblaciones. Actualmente existe un consenso que considera la necesidad de integrar el conocimiento tanto ecológico como genético para poder asegurar la viabilidad de las especies a conservar. No obstante, a pesar de la importancia y del creciente interés en diseñar prioridades que incluyan el conocimiento de la variabilidad genética, la diversidad genética a nivel de población raramente ha sido considerada de forma explícita dentro de los procedimientos de planificación de la conservación en Chile y en el mundo. En la actualidad se ha registrado una disminución en la diversidad genética para muchas especies como resultado de las actividades humanas, específicamente en los ecosistemas de agua dulce, los cuales son uno de los ecosistemas más amenazados del mundo. Una de las principales amenazas a estos ecosistemas corresponde a las actividades antrópicas como la construcción de represas y la extracción de agua. Estas perturbaciones pueden aumentar, disminuir o incluso interrumpir la conectividad física y genética de la red fluvial, afectando a la diversidad y la persistencia de especies acuáticas a escala ecológica y evolutiva. En Chile se proyecta un aumento de la fragmentación de los sistemas fluviales andinos en la zona central producto del desarrollo hidroeléctrico. Específicamente la cuenca del río Biobío (la de mayor riqueza de especies de peces de Chile) posee uno de los más altos índices de fragmentación actual producto de barreras de centrales hidroeléctricas y proyecta un incremento sustancial al 2050, potenciando impactos en las comunidades de peces. Pero también la cuenca del río Biobío es caracterizada por una gran matriz de canales de riego agrícolas directos y derivados que tienen el potencial de facilitar la conectividad y el flujo de genes entre los ríos y entre cuencas, especialmente con la cuenca vecina del río Itata. La cuenca del río Itata, cuyo índice de fragmentación por centrales hidroeléctricas es cercano a cero, se conecta con el río Biobío gracias a la recepción de aguas provenientes de este último a través de los canales de regadío. Por lo anterior las cuencas Biobío Itata conforman un sistema complejo con distintos grados de intervención antropogénica que pueden tener efectos directos en la variabilidad genética de las poblaciones que en ellas habitan. En esta tesis se presenta la importancia del conocimiento de la variabilidad genética para la gestión de la biodiversidad a través del análisis de la influencia.
Efectos del cambio de uso cobertura del suelo sobre la respuesta hidrológica en cuencas del centro sur de Chile bajo escenarios de cambio climático.
(Universidad de Concepción., 2021) Martínez Retureta, Rebeca; Aguayo Arias, Mauricio Iván
El cambio de uso del suelo y cambio climático destacan entre los principales factores forzantes del cambio ambiental global, debido a que afectan aspectos claves del sistema terrestre cuyo adecuado funcionamiento sustenta importantes servicios ecosistémicos. A nivel global, más de la mitad del agua generada a través del proceso de escorrentía es usada por el hombre. En el centro-sur de Chile, la principal fuente de abastecimiento hídrico corresponde a cursos de agua superficial cuya recarga depende del régimen de precipitaciones. En las últimas décadas muchas de las cuencas que proveen estos servicios ecosistémicos, han sido sometidas a intensos cambios en el uso del suelo como la tala de bosques nativos y la forestación masiva con especies exóticas de rápido crecimiento. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto del cambio de uso/cobertura del suelo, ocurrido en el centro sur de Chile sobre el recurso hídrico, así como su vulnerabilidad ante posibles escenarios de cambios de uso de suelo y cambio climático. El modelo SWAT fue implementado para predecir el impacto en la respuesta hidrológica de las cuencas de los ríos Andalién, Quino y Muco con disponibilidad de datos hidro-meteorológicos de más de 30 años. Para ello se simularon 16 escenarios combinados de uso/cobertura de suelo y periodos climáticos. El efecto del cambio de uso/cobertura del suelo sobre la respuesta hidrológica en años pasados se analizó utilizando los escenarios LU_1986, LU_2001 y LU_2011. Mediante un análisis de distribución t de Student para muestras relacionadas se pudo determinar la ocurrencia de graves disminuciones en los caudales entre los escenarios modelados respondiendo a un aumento de las plantaciones forestales y agricultura con una disminución del bosque nativo y matorrales en las tres cuencas de estudio en diferentes magnitudes. Se determinó además que los cambios ocurridos provocaron el aumento significativo de la evapotranspiración anual (+4.2%, +2.4% y +4.2%) con una disminución de la percolación (-15.6%, - 11.0% y -12.2%) y el flujo subterráneo (-2.4%, -15.0% y -10.1%), conduciendo a la disminución del rendimiento hídrico (-1.3%, -4.5% y -5.3%) en las cuencas Andalién, Quino y Muco respectivamente. Los escenarios pasados de cambio de uso/cobertura del suelo de los años 1986, 2001 y 2011 fueron posteriormente considerados para la simulación del escenario futuro de expansión forestal al año 2051. Este proceso se llevó a cabo por medio del modelo de regresión logística siguiendo los patrones de crecimiento de las áreas de plantaciones forestales y considerando la actual legislación sobre la protección del bosque nativo. Para este análisis se seleccionaron las cuencas Quino y Muco por presentar mayores posibilidades de cambio ante un escenario forestal futuro. El cambio porcentual proyectado para las cuencas Quino y Muco entre 2011 y 2051 prevé un aumento considerable de las plantaciones forestales en un 8.1% y 14.1% lo que representa una ocupación del 35.4% y el 22.3% del total de las áreas de las cuencas respectivamente para este año. Por su parte este escenario de aumento en las plantaciones forestales proyecta una sustitución principalmente de los terrenos agrícolas (2.1% y 7.01%), matorrales (3.4% y 4.3%), y praderas (2.9% y 2.9%) para Quino y Muco respectivamente.Finalmente, para el análisis individual y combinado de los efectos de los cambios de uso/cobertura del suelo (LUCC) y el cambio climático sobre la hidrología de las cuencas, se determinó un escenario histórico con el LU_2011 para un periodo climático de 1976-2005, el cual fue comparado con cinco combinaciones de cambios futuros. Se utilizó el modelo climático local RegCM4- MPI-ESM-MR para determinar los periodos de cambio climático: 2020-2049 (futuro inmediato) y 2050-2079 (futuro intermedio), bajo la proyección del escenario climático futuro RCP 8.5. Mientras que el escenario proyectado de expansión forestal se utilizó como escenario futuro de cambio de uso/cobertura del suelo. Los resultados muestran que los LUCC futuros y el cambio climático en su efecto individual y combinado conducirían a escenarios de menos rendimiento hídrico. La mayor sensibilidad en estas cuencas estaría asociada a los posibles LUCC, agudizando su impacto al incorporar el efecto del cambio climático. De este modo, el aumento de la evapotranspiración y la disminución del rendimiento hídrico se deben fundamentalmente al aumento de plantaciones forestales proyectado. Esto, unido al aumento de las temperaturas en 1.5°C y la disminución de la precipitación en 127mm y 140mm para las cuencas Quino y Muco respectivamente, afectaría la disponibilidad del recurso hídrico en las cuencas de estudio en caso de cumplirse las condiciones supuestas en la simulación en el futuro, presentando efectos en todos los componentes del ciclo hidrológico y con disminuciones del rendimiento hídrico de la cuenca de hasta -6.18% y 5.53 % respectivamente.

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