Water quality assessment of a tropical freshwater marsh using aquatic insects

Abstract

Laguna Cartagena, located in the municipality of Lajas, is the only natural freshwater lagoon of Puerto Rico. The lagoon gives refuge to many animal and plant species, some of them endemic and endangered. Agriculture in contiguous lands has caused sedimentation and eutrophication, affecting not only its hydrology but its capacity to sustain a high diversity of aquatic life. To restore the Lagoon, its actual condition was assessed based on the physical-chemical (pH, temperature, dissolved oxygen (DO), nutrients and heavy metals) and biological characteristics (aquatic insects) of two sites on the southwestern section of the lagoon. A total of 67 insect species in 33 families were collected; 48 of them were new records for the lagoon. Insects belonged to five different orders Hemiptera, Diptera, Coleoptera, Odonata, and Ephemeroptera. Hemiptera and Diptera were the most abundant orders, exceeding 75% of the overall sample. Meanwhile, Coleoptera (21 species), Odonata (17 species), and Hemiptera (16 species) were the orders with higher species diversity, although represented mainly by a few dominant families. Ephemeroptera was the least abundant and diverse order, represented by one species of the family Baetidae. Abundance and diversity was related mainly to DO concentration. According to Simpson and Shannon-Wiener biotic indexes, both sites (1 and 2) showed a higher diversity during February and March. The Hutchinson t-test for Shannon – Wiener shows a significant difference of aquatic insect diversity between the two study sites. Among physical-chemical parameters measured at the lagoon, only DO and depth had significant fluctuations, meanwhile temperature and pH remained within acceptable ranges for the Puerto Rico Environmental Quality Board (PREQB). Ammonia and phosphate were 60 and 7 times, respectively, above those permitted by the PREQB. According to PREQB and EPA, reported values of heavy metal are not toxic to aquatic life. Chemical data indicate Laguna Cartagena has moderate water quality while biological data indicate the lagoon has a fair water quality. Laguna Cartagena is a constantly changing environment. During the year of sampling the lagoon had variable physical-chemical parameters, vegetation and insect community; however, the variability was similar to those wetlands of eastern USA. Further long-term studies should be done to understand better and predict the hydrological changes and population dynamics of the lagoon.

La Laguna Cartagena, localizada en el municipio de Lajas, es la única laguna natural de agua dulce en Puerto Rico. Ésta le provee refugio a muchas plantas y animales endémicos y/o en peligro de extinción. Sin embargo, el uso de las tierras aledañas para la agricultura ha traído como consecuencia la sedimentación y eutroficación de la misma, afectando no solo su hidrología sino su capacidad para sostener una alta diversidad de organismos acuáticos. Con el propósito de restaurarla, se examinó la condición actual de dos localidades en la región suroeste de la laguna, basándose en sus características físico-químicas (pH, temperatura, oxígeno disuelto, nutrientes y metales pesados) y biológicas (insectos acuáticos). Se colectó un total de 67 especies de insectos pertenecientes a 33 familias; de las cuales 48 especies no se habían reportado en la laguna. Se colectaron insectos de cinco órdenes diferentes: Hemiptera, Diptera, Coleoptera, Odonata y Ephemeroptera. De éstos, Hemiptera y Diptera fueron los órdenes más abundantes, sobrepasando el 75% del total de organismos colectados. Mientras, Coleoptera (21 especies), Odonata (17 especies) y Hemiptera (16 especies) fueron los órdenes de mayor diversidad, aunque representados mayormente por unas pocas familias dominantes. El orden Ephemeroptera fue el orden menos abundante y diverso, representado por una sola especie de la familia Baetidae. La abundancia y diversidad de las especies se relacionó mayormente a la concentración de oxígeno disuelto (DO). Según los índices bióticos Simpson y Shannon-Wiener, ambas áreas de muestreo (1 y 2) mostraron una mayor diversidad durante los meses de febrero y marzo. El “Hutchinson t-test” para Shannon–Wiener mostró diferencias significativas en la diversidad de insectos acuáticos de las áreas de muestreo. De los parámetros físico-químicos estudiados en la laguna, el DO y la profundidad del agua fueron aquellos que presentaron la mayor fluctuación, mientras que la temperatura y el pH no variaron mucho y permanecieron dentro del rango aceptado por la Junta de Calidad Ambiental de Puerto Rico (JCA). Los valores para amoníaco y fosfato fueron de 60 y de 7 veces, respectivamente, por encima de los valores permitidos por la JCA. Según la JCA y la EPA, los valores de metales pesados medidos no representan un riesgo a la vida acuática. Los resultaos de parámetros físicoquímicos muestran que la Laguna Cartagena es un ecosistema acuático con una calidad de agua moderada, mientras que la data biológica muestra que es un ecosistema con una calidad más baja. La laguna Cartagena es un ecosistema muy cambiante. Durante el año de muestreo, la laguna presentó una variación drástica en sus parámetros físico-químicos, vegetación y comunidad de insectos; aunque mostrando un “comportamiento” comparable a humedales del este de los Estados Unidos. Recomiendo que se realicen estudios adicionales, a largo plazo, para entender y poder predecir los cambios hidrológicos y la dinámica poblacional de la laguna.