Química ambiental: análisis de aguas como parte de un proyecto de trabajo colaborativo Teach article

Traducido por Gabriel Pinto. Las zonas pantanosas constituyen un  hábitat esencial para un amplio tipo de especies animales. Richard Harwood y Chris Starr, del Aiglon College, Suiza, describen un proyecto educativo para medir la calidad del agua en una determinada zona pantanosa.

Reed beds en la Depresión
del Okavango – una de las
zonas pantanosas más
singulares de nuestro planeta

Las cuestiones ambientales referidas al agua son de las preocupaciones más importantes en el mundo actual; en este sentido, el problema global de la desaparición de los humedales es especialmente significativo. Las zonas pantanosas suponen un hábitat esencial para la preservación de un amplio número de especies animales, y el estado de estas regiones es un importante indicador de la salud del “planeta azul”. En los últimos 50 años se han reducido en cerca de un 50% las zonas pantanosas de nuestro planeta.

La problemática de las regiones pantanosas supone parte de una serie de estudios curriculares interdisciplinares que hemos llevado a cabo en Aiglon College, una escuela internacional de la Suiza occidental. La colaboración entre los departamentos de geografía y de química para llevar a cabo el estudio se vio como un aspecto importante para enfatizar la interacción entre las destrezas y los métodos implicados en ambas materias. Los estudios fueron realizados por alumnos al finalizar sus dos años de enseñanza secundaria.

El hecho de estar Aiglon College cerca del extremo oriental del Lago de Ginebra (o Lago Lemán), nos permitió acceder de forma sencilla a una pequeña, pero significativa, zona pantanosa del delta del Ródano, donde este río fluye al lago. Esta región de Suiza está experimentando una rápida urbanización y desarrollo de servicios para el sector turístico, lo que ejerce una influencia en el ya escaso hábitat natural de la llanura del Ródano. El área de zonas húmedas del delta, conocido como Les Grangettes, es rico en fauna, presentando una gran diversidad de reptiles, anfibios, invertebrados y aves. Se han identificado unas 265 especies de aves en la reserva, incluyendo muchas aves acuáticas migratorias. Desde 1990, el área ha sido reconocido como un humedal de importancia internacional bajo la Convención Ramsar, pero aún está amenazado por la invasión de actividades humanas y la modificación, intencionada o no, del medio natural.

Objeto de los estudios

Toma de muestra de un canal

Nuestros estudios en la región incluyeron una variedad de enfoques diferentes, como inspección del uso de tierras, análisis del impacto del turismo, recolección de datos de biodiversidad y la valoración de la calidad del agua. Para llevar a cabo un minucioso estudio de la calidad del agua, fue importante elegir estratégicamente los puntos donde realizar la toma de muestras de agua. Estas muestras se tomaron de 24 sitios diferentes de la región de Les Grangettes, cubriendo una amplia variedad de localizaciones – canales, acequias de desagüe, orillas del lago y estanques.

Analizamos diversos parámetros del agua, tales como:

  • pH
  • oxígeno disuelto
  • concentración de ion nitrato
  • concentración de ion fosfato
  • turbidez

Algunos de estos análisis se realizaron de forma inmediata en el campo, pero se prosiguieron con material más sofisticado en el laboratorio.

Análisis de las muestras de
agua – en el campo y en el
laboratorio. Se usó una
amplia variedad de equipos,
desde tiras papel de pH  a
sensores analógicodigitales

El tipo de análisis empleado varió desde sencillas tiras de papel adecuado para medir el pH y la concentración de ión de nitrato a sensores electrónicos (para la medida de oxígeno disuelto y turbidez, por ejemplo), lecturas reflectométricas de tiras de colores específicas para ensayos (para concentración de ion nitrato y fosfato), y el uso de electrodos específicos para iones (para la concentración de ion nitrato).

Los sensores electrónicos se unieron a instrumentos de tratamiento de datos y calculadoras electrónicas. El uso de esta variedad de métodos no solo sirvió para evaluar la fiabilidad de los métodos, sino que también introdujeron a los estudiantes en los de distintos niveles de sensibilidad con los que se pueden medir los parámetros evaluados.

Un enfoque especial supuso el estudio de la posibilidad de que los fertilizantes estuvieran filtrándose de las zonas agrícolas vecinas a la zona protegida. Si fuera así, se produciría la eutrofización y, con ella, el consiguiente impacto ambiental en la ecología de esta zona tan sensible ambientalmente. Existen restricciones estrictas para los agricultores en el área inmediata y podíamos comparar nuestros datos con los de la Fundación Grangettes, el organismo responsable de la conservación de la fauna en este espacio protegido.

El análisis de los datos de estos ensayos es de crucial importancia para aumentar la utilidad del estudio. La  utilización de métodos estadísticos adecuados al análisis de resultados es importante para establecer su significado. Un aspecto de nuestro estudio que ha producido resultados reveladores en el análisis estadístico fue el análisis de niveles de nitrato. La elección del ensayo estadístico más adecuado es aquí una cuestión clave y, como en el caso del uso de técnicas analíticas de distinta sensibilidad, esto ofrece a los alumnos una percepción útil sobre las técnicas de investigación.

Análisis estadístico de los resultados de ion nitrato

Nuestro objetivo era ver si había alguna relación entre las concentraciones de nitrato y la actividad agrícola en diferentes áreas. En primer lugar, realizamos una prueba de correlación (de Spearman, ver recuadro) usando todos los datos. Esta prueba se usó para ver si existía alguna correlación entre la distancia desde la tierra cultivable más próxima y el contenido de nitrato de la muestra de agua. Los resultados mostraron que, aparentemente, no había correlación.

Esto nos llevó a considerar la diferente naturaleza de las áreas de muestra con más detalle. Las zonas próximas a la orilla del lago, parte del agua del propio Lago de Ginebra, parecían tener pocos niveles de ion nitrato, comparado con, por ejemplo, canales de desagüe. Las muestras de  la orilla del lago se desestimaron y las de otras zonas se estudiaron más detenidamente. Cuando se analizó el origen del agua de los canales y charcas, se observó una tendencia. El agua de unas áreas tenía su origen en los límites de la reserva, mientras que otros canales fluían de dentro, llevando agua que arrastraba tierra hacia fuera de los límites de la reserva. Cuando se interpretaron los resultados con esta información añadida, parecía que todos los sitios que tenían concentraciones de ion nitrato apreciables contenían agua originada fuera de la reserva (ver tabla 1). Por otra parte, las aguas de dentro y de los canales originados en los límites de Les Grangettes no mostraban concentraciones apreciables de nitrato.

La fiabilidad de esta aparente diferencia se probó usando la prueba U de Mann-Whitney (ver recuadro). Los resultados de la prueba de Mann-Whitney indicaron una probabilidad menor del 5% de que la diferencia observada entre los dos tipos de localización pudiera deberse al azar. Había más de un 95% de probabilidad de que la diferencia observada entre nuestras muestras con origen de dentro o de fuera de la reserva reflejaran una tendencia más amplia.

Principales conclusiones

El descubrimiento de una diferencia estadística significativa entre los dos tipos de localizaciones era importante por dos razones. Se corroboró en una entrevista con el Director de la Fundación Grangette, que había regulaciones muy estrictas sobre el uso de fertilizantes en zonas cultivables dentro de la reserva, mientras que estas restricciones no eran aplicables a las zonas agrícolas de fuera de la reserva. Los agricultores de la zona parece que tienen que atenerse a esas regulaciones. En segundo lugar, las reacciones de los estudiantes al proceso adecuado de toma de datos y de análisis fueron  motivadoras; nos estimuló para seguir aplicando habilidades de diferentes asignaturas a situaciones de la vida real.

Un cierto número de alumnos tomaron parte de diferentes aspectos de estos estudios, y los métodos y resultados fueron la base de proyectos evaluables que superaron con éxito los alumnos que cursaban química y/o geografía.

Las técnicas de análisis de agua pueden aplicarse a una amplia variedad de situaciones locales y hay útiles direcciones Web, donde se puede acceder para dar mayor dimensión a estudios locales. Dos de estas direcciones son el Programa GLOBEw1 y el Proyecto Global de Toma de Muestra de Agua (Global Water Sampling Projectw2).

Número de localización (agua con origen dentro de Les Grangettes)

Contenido de nitrato
(mg/dm3)

Número de localización ([agua que fluye dentro, pero con origen en el exterior de Les Grangettes)

Contenido de nitrato
(mg/dm3)

Table 1: Nitrate content at different types of site within the Grangettes Reserve
5 0 2 0
6 0 4 0
11 0 9 8
12 0 10 9
18 0 13 11
19 0 14 9
20 0 17 0
    23 9
    24 9
Número total de localizaciones 7 Número total de localizaciones 9

Análisis estadísticos

El propósito de las pruebas estadísticas se muestra debajo. Más detalles de cómo desarrollar las pruebas se pueden encontrar en Lenon & Cleves (2001).

Coeficiente de Correlación de Spearman

Esta técnica se utiliza para valorar la validez y tendencia de cualquier correlación entre dos variables, tales como el contenido de nitrato [NO3-] del agua y la distancia desde tierras de cultivo. El coeficiente de correlación (índice de correlación numérico) varía de +1 (una correlación positiva perfecta) hasta –1 (una correlación negativa perfecta). Un valor de 0 indica que no existe correlación entre las dos series de variables. Cuanto mayor sea el tamaño de la muestra y el número de medidas, más significativa será la correlación. La significancia se puede valorar con un ensayo de significancia como el test-t.

Recuérdese que este coeficiente no prueba necesariamente una relación causal entre las variables. Sin embargo, puede sugerir que merece la pena investigar más para descubrir los procesos que pueden haber provocado la correlación.

Test-U de Mann-Whitney

Este test es una prueba de significancia estadística, empleada para establecer si la diferencia entre dos series de datos es realmente significativa puede haberse producido por casualidad. Por ejemplo, aquí estamos intentando establecer si hay una diferencia significativa entre el contenido de nitrato [NO3-] en el agua originado dentro de la reserva natural, donde existen controles estrictos sobre el uso de fertilizantes, y en el agua con origen de fuera de la reserva, más influida por las tierras de cultivo.

Recuérdese que si encontramos que hay una gran probabilidad de que la relación entre dos series de datos haya podido darse por azar, puede indicar que no hay diferencia significativa entre las serie de datos. Sin embargo, podría también reflejar el hecho de que nuestro tamaño de muestra era demasiado pequeño como para producir un resultado significativo.

Una diferencia estadísticamente significativa entre ambas series de datos es obviamente un punto de partida para futuras investigaciones de los procesos que pueden haber ocasionado estas diferencias.

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References

  • Lenon B & Cleves P (2001) Fieldwork Techniques and Projects in Geography. London, UK: HarperCollins

Web References

Resources

  • AquaData, un proyecto escolar que usa cinco métodos diferentes para medir la calidad del agua (en alemán)
  • Información sobre medida de la calidad de ríos, incluyendo los resultados de áreas locales (UK), se puede encontrar en la página Web de la Agencia Ambiental del Reino Unido (UK Environment Agency)
  • El libro Water Quality Standards Handbook de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (US Environment Protection Agency)

Review

Este artículo es un ejemplo de buenas prácticas para profesores de enseñanza secundaria interesados en una aproximación científica a la educación ambiental. Con un carácter interdisciplinar, implicando química, ciencias de la Tierra, estadística y una metodología heurística, incide en una situación real. Además, demuestra el carácter transferible de la situación y de los métodos utilizados en el estudio.

El estilo es sencillo y claro, de forma que el material puede ser fácilmente utilizado en niveles inferiores a la escuela secundaria solamente con pequeñas simplificaciones.

Las referencias en la Web permiten encontrar más información y orientación para planificar experimentos similares en el propio país del profesor interesado en el tema.


Giulia Realdon, Italia




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