INTRODUCCIÓN

Los plásticos son productos que se generan en grandes cantidades, cerca de 400 millones de toneladas de plástico se producen anualmente alrededor del mundo (^{Devasahayam et al., 2019}). En su mayoría, son dispuestos de manera inadecuada, por falta de eficientes sistemas de gestión de residuos sólidos y una inadecuada planificación de los asentamientos urbanos e industriales (^{Das et al., 2019}; ^{Vanapalli et al., 2019}). Su acumulación está generando graves problemas ambientales ya que estos productos llegan a distintos ecosistemas acuáticos y terrestres, afectando las diversas formas de vida que en ellos habitan (^{Caruso, 2019}). Los plásticos presentan una degradación lenta, la cual se produce a partir de la acción mecánica, biodegradación y fotooxidación (^{Ma et al., 2019}). A pesar de que la probabilidad de biodegradación de estos productos sea muy baja, su descomposición se refleja en los cambios de las características mecánicas, ópticas o eléctricas, lo cual genera grietas, erosión, decoloración y la fragmentación de los mismos (^{Singh y Sharma, 2008}). Debido a la fragmentación de los plásticos, se originan objetos de menor tamaño. Aquellos que poseen un tamaño inferior a 5 mm de diámetro se conocen como micro plásticos (MP) (^{Alimba y Faggio, 2019}). Los MP se clasifican como primarios y secundarios. Los primarios son aquellos que están diseñados y fabricados con éstos tamaños para un fin en específico, por ejemplo, se encuentran usualmente presentes en limpiadores faciales y corporales (exfoliantes), cosméticos y microfibras sintéticas de ropa (^{Pan et al., 2019}). Los secundarios hacen referencia a aquellos que se originan a partir de la fragmentación de objetos plásticos de un tamaño superior (^{Cole et al., 2011}).

Actualmente, se estima que alrededor de 245 millones de toneladas anuales de MP ingresan al medio marino a través del turismo, aguas residuales, pesca y/o derrames industriales (^{Alimba y Faggio, 2019}). Se han encontrado MP en los ecosistemas marinos alrededor del mundo con diferentes características y en concentraciones considerables (^{Lima et al., 2016}; Invemar y MADS, 2017; ^{Schmidt et al., 2018}; ^{Nie et al., 2019}; ^{Kor y Mehdinia, 2020}). Su abundancia en el mar ha traído consigo importantes afectaciones negativas en los organismos marinos y en los procesos ecológicos, debido a que su existencia en las superficies oceánicas es ubicua (^{Pan et al., 2019}). Por su pequeño tamaño, los MP se encuentran disponibles para la ingestión de muchos organismos vivos de diferentes niveles tróficos, provocando efectos nocivos, ya que la mayoría de los organismos marinos no metabolizan los MP a causa de la inexistencia de una enzima especializada en la descomposición de polímeros sintéticos (microplásticos) dentro de sus organismos (^{Guzzetti et al., 2018}).

En organismos vertebrados la ingestión de desechos plásticos genera la obstrucción de los intestinos, provocando lesiones intestinales, morbilidad y mortalidad. Asimismo, se ha encontrado que estos elementos generan obstrucciones mecánicas de movimiento, atrapamiento, ahogamiento, restringe la alimentación y produce daños en la piel y el sistema esquelético de estos organismos (^{Alimba y Faggio, 2019}). Los MP, por su parte, después de ser ingeridos y acumulados dentro del organismo pueden movilizarse entre tejidos o también ser eliminados a través de la excreción. La acumulación de este material puede generar lesiones al interior o exterior del organismo, bloqueos intestinales, alteraciones alimenticias, problemas de fertilidad y disminución de la supervivencia de las crías (^{Guzzetti et al., 2018}). Por otro lado, los MP juegan un papel importante como vectores de contaminantes biológicos y químicos dentro de las cadenas tróficas (^{Carbery et al., 2019}; ^{Caruso, 2019}). Se han encontrado MP en organismos pequeños como zooplancton (^{Botterell et al., 2019}), mejillones (^{Giacomo et al., 2015}), pepinos de mar (^{Mohsen et al., 2019}), entre otros; así como en organismos muchos más grandes tales como peces (^{Chan et al., 2019}), aves (alimentadas con organismos contaminados) (^{Provencher et al., 2018}), tortugas (^{Caron et al., 2018}), cetáceos (^{Zhu et al., 2019}) y otros mamíferos marinos.

En el medio marino se lleva a cabo la mitad de la producción primaria del planeta, la cual proporciona energía necesaria para albergar una importante biodiversidad (^{Sarma y Delabehera, 2019}). Así mismo, los ecosistemas marinos funcionan como importantes sumideros de carbono y son la base del sustento económico de muchos países a través del turismo y de la producción pesquera. Sin embargo, cada día las actividades antrópicas, incluyendo la contaminación por MP, deterioran estos ecosistemas, impidiendo que se lleven a cabo de forma eficiente los procesos naturales y se vea afectada la vida silvestre, el sistema ecológico y la salud humana a través de las vías de alimentación (^{Alimba y Faggio, 2019}). A causa de este constante deterioro, se han desarrollado distintas investigaciones con el objetivo de identificar los sitios prominentes por donde ingresan los MP al medio marino y han encontrado que uno de los mayores aportes se realiza a partir de los estuarios (^{Zhao et al., 2019}), los cuales son áreas importantes debido a la diversidad de especies que alberga, a su producción biológica y como fuente o sumidero de distintos materiales de los ecosistemas costeros (Invemar, 2017a). Por otro lado, brindan una gran variedad de servicios ecosistémicos, tales como recreación, turismo, reciclaje de nutrientes, producción de alimento y materia prima, captación de carbono y protección de las costas ante eventos climáticos extremos (^{García et al., 2018}).

La bahía de Buenaventura es un estuario, formado por la desembocadura de los ríos Dagua, Caimán, Limones, Anchicayá y Raposo, que alberga comunidades de bentos, macroinvertebrados y peces vulnerables a diferentes tipos de contaminación (Gamboa et al., 2018; ^{Martínez et al., 2019}; ^{Duque et al., 2020}; ^{Molina et al., 2020}), incluyendo los microplásticos (Tafurt, 2020; ^{Vásquez et al., 2021}). En Buenaventura, la calidad de las redes hídricas ha sido deteriorada por el vertimiento de aguas residuales domésticas. Otras fuentes de contaminación son los residuos de minería, las escorrentías agrícolas y ganaderas, así como los residuos de la industria pesquera y del puerto de Buenaventura. Como consecuencia se ha afectado la calidad ambiental de este ecosistema estuarino (^{Troncoso et al., 2009}; Invemar, 2018). Además de la carga contaminante que llega a partir del medio fluvial también muchos sectores del estuario han sido usados como sitios de descarga de sustancias contaminantes tales como sólidos domésticos e industriales, MP y derrames de derivados del petróleo (Invemar, 2005; Invemar, 2018). Los estuarios son un foco de interés para el estudio de MP dado a que funcionan como un medio de ingreso de este material contaminante a los medios marinos desde las aguas continentales (^{Zhang et al., 2019}). Debido a lo anterior, el propósito de este estudio fue realizar una determinación espaciotemporal de la densidad, distribución y tipos de MP en la superficie del agua de la bahía de Buenaventura, Pacífico colombiano.

ÁREA DE ESTUDIO

La presente investigación se realizó en la bahía de Buenaventura, la cual se encuentra ubicada entre las latitudes 3° 44’-56’ N y las longitudes 77° 01’-20’ (Figura 1). Posee un ancho aproximado de 3,4 km en la entrada del mar y 5,5 km en la parte interna. Su extensión es de 30 km lo que le confiere una forma estrecha y alargada (^{Otero, 2005}) y su profundidad promedio es 5 m. Las épocas hidroclimáticas en la bahía de Buenaventura se pueden clasificar como bimodales, con mayores precipitaciones de septiembre a octubre, y menores entre febrero y marzo (Otero et al., 2007; ^{Guzmán et al., 2014}). Adicionalmente, tiene una ubicación próxima a la Cordillera Occidental del territorio colombiano, lo que genera un enfriamiento de las corrientes de aire cálido y húmedo, causando intensas precipitaciones (^{Cantera y Blanco, 2001}). La temperatura promedio anual de la superficie del mar es de 28,2 °C, con valores promedios mensuales mínimos de 27,8 °C en noviembre y máximos de 28,5 °C en marzo (Otero, 2005). Esta bahía está conformada por dos grandes sectores bien definidos: la bahía exterior y la bahía interior (Invemar y CVC, 2015). La bahía exterior tiene comunicación directa con el mar abierto, por lo que se ve fuertemente influenciada por el mismo. La bahía interior se considera como un estuario bien mezclado y tiene una fuerte influencia del agua dulce de los ríos y esteros que en ella desembocan (Invemar y CVC, 2015).

Figura 1 Puntos de muestreo en la bahía de Buenaventura. EI: Estuario interno, EE: Estuario externo, el área sombreada representa el casco urbano. 

METODOLOGÍA

RESULTADOS

Los MP encontrados en los años analizados (2015-2019), en las diferentes épocas y puntos del estuario, correspondieron a fragmentos, fibras y pellets (Figura 2). El total promedio hallado fue 382 017,4 ± 59 973,3 partículas/km² (promedio ± error estándar), en donde la mayor cantidad correspondió a fragmentos con 237 584,7 ± 49 757,5 partículas/km² (62,2 %), seguido de fibras con 143 021,3 ± 19 804,9 partículas/km² (37,4 %) y por último pellets con 1411,4 ± 791,2 partículas/km² (0,4 %). Los MP presentaron tamaños promedios que oscilaron entre 88,6 µm y 5878,163099 µm, específicamente, 1075,6 ± 116 µm, 1741,9 ± 215,2 µm y 353,6 ± 115 µm para fragmentos, fibras y pellets, respectivamente.

Figura 2 Tipos de microplásticos hallados en las muestras de agua superficial. (A) Fragmento, (B) Fibra, (C) Pellets, (D) Unión de fibra y fragmento. 

La abundancia de los distintos tipos de MP estudiados fue mayor en 2019 (521 275 ± 103 671,2 partículas/km²) en comparación de 2015 (242 759,8 ± 42 203,2 partículas/km²), observándose una acumulación progresiva de estos elementos en la superficie del agua (Figura 3). Así mismo, se encontraron diferencias en las densidades y tamaños de los mismos entre las diferentes épocas hidroclimáticas y los sectores estudiados del estuario.

Figura 3 Densidad total de los microplásticos en 2015 y 2019. 

Microplásticos en 2015

Para 2015 los MP que estuvieron presentes en mayor cantidad fueron los fragmentos con 143 962,2 ± 27 935,8 partículas/km² (59,3 %,) y las fibras con 97 856,7 ± 23 057 partículas/km² (40,3 %); las menores cantidades las obtuvieron los pellets con 940,9 ± 940,9 partículas/km² (0,4 %) (Tabla 1). Los tamaños de los MP para este año variaron desde 88,6 µm a 5878,2 µm, sus tamaños promedios fueron 1103,3 ± 129 µm para fragmentos, 1862,6 ± 230,1 µm para las fibras y 88,6 µm para pellets (Tabla 2).

Tabla 1 Densidad promedio de microplásticos en 2015 y 2019 (partículas/km²) (promedio ± error estándar), en función de las épocas y zonas de muestreo. Estuario Interno (EI), Estuario Externo (EE). Los resultados de las pruebas pos hoc, permanova pair-wise test, se representan con letras (p(PERM) < 0,05). 

Tabla 2 Tamaños de microplásticos en 2015 y 2019 (µm) (promedio ± error estándar), para el total de cada año y en función de las zonas de muestreo. 

La densidad de los MP tuvo diferencias significativas solo entre las épocas analizadas (p (PERM) = 0,012), en donde se presentó una mayor acumulación total en la época de lluvia (369 785,3 ± 69 477,3 partículas/km²) y en la época de transición (268 164,9 ± 67 664,5 partículas/km²), y menor en la época seca (90 329,2 ± 27 542,1 partículas/km²) (Tabla 1). Es importante destacar que, en todas las épocas muestreadas para 2015 los fragmentos fueron el tipo de MP que predominó, respecto a los demás (Tabla 1). Por medio del Análisis Simper, se evidenció que el tipo de MP que mayor contribución tuvo para que se presentaran diferencias en la distribución fueron los fragmentos en época seca (98,5 %).

Los MP aumentaron del estuario interno hacia el estuario externo, presentándose menor cantidad estimada en el EI (197 595,2 ± 57 643 partículas/km²) y mayor en el EE (287 924,4 ± 61 131,5 partículas/km²) (Tabla 1). A pesar de que los fragmentos predominaron en 2015, su presencia varió en las zonas del estuario, en EI predominaron las fibras con 101 620,4 ± 42 247,6 partículas/km² (51,4 %), mientras que en EE los fragmentos con 193 831,5 ± 49 145 partículas/km² (67,3 %) (Tabla 1). Por otro lado, los mayores tamaños de los MP se obtuvieron para fibras 1929,8 ± 329,8 µm en EI y 1748,2 ± 286,4 µm en EE (Tabla 2). El análisis Simper sugiere que la mayor contribución para las diferencias de la distribución de los MP fue en el EE para los fragmentos (92,04 %).

Para el EI, las mayores concentraciones de los MP totales se presentaron en la época lluvia, seguida por la de transición y finalmente la época seca, con promedios de 372608,1 ± 122132,5 partículas/km², seguido 146785,0 ± 20355,4 partículas/km² y 73392,5 ± 14936,8 partículas/km², respectivamente (Tabla 1). En esta localización todos los tipos de MP se presentaron en mayor medida durante la época de lluvia. Los MP que estuvieron en mayor concentración fueron las fibras (220 177,5 ± 102 089,8 partículas/km²) y los fragmentos (146 785,0 ± 24 608,5 partículas/km²), por el contrario, los pellets se hallaron en menor cantidad respecto a los demás y sólo se encontraron en la época de lluvia (Tabla 1). En cuanto al EE, la mayor cantidad de MP se presentaron durante la época de transición (389 544,8 ± 88 005,8 partículas/km²), seguido por época de lluvia (366 962,5 ± 95 974,8 partículas/km²) y por último época seca (107 266 ± 572 96,4 partículas/km²) (Tabla 1). Los tipos de MP que predominaron fueron los fragmentos, durante la época de transición (270 987,7 ± 85 246,3 partículas/km²) y las fibras durante la época de lluvia (141 139,4 ± 20 355,4 partículas/km²). No se encontraron pellets en ninguna época del año ( Tabla 1).

Aumento en la contaminación por microplásticos de 2015 a 2019

Teniendo en cuanta ambos años, se encontró que para 2019 hubo un aumento 114,7 % de la densidad total de los MP con relación al 2015, pasando de 242 759,8 ± 42 203,2 partículas/km² en 2015 a 521 275 ± 103 671,2 partículas/km² en 2019, sugiriendo una tasa de aumento promedio anual del 28,7 %. Así mismo, se observó que para los tres tipos de MP analizados hubo un incremento de sus cantidades de 2015 a 2019 (Figura 4a). Adicionalmente, se encontraron diferencias en las densidades de los MP entre épocas y zonas del estuario. Para los dos años estudiados, las mayores concentraciones de MP se observaron en las épocas de lluvia (664 766,7 ± 129 828,1 partículas/km²) y transición (320 386,5 ± 59 313,7 partículas/km²), mientras que en la época seca se presentaron en menores cantidades (160 899 ± 43 606 partículas/km²) (Figura 4b). La concentración de los MP aumentó en ambos años al incrementarse la distancia desde la zona urbana y de la zona de ingreso de los ríos hacia al mar, observándose una menor densidad de MP en el EI (271 928,7 ± 60 734,9 partículas/km²) y una mayor densidad de MP en el EE (492 106,2 ± 98467,1 partículas/km²) (Figura 4c). En el EI, las fibras predominaron durante la época de lluvia (279 456,1 ± 57143,2 partículas/km²) y transición (93 152 ± 29253,7 partículas/km²), respecto a los demás MP, mientas en el EE los fragmentos predominaron durante las épocas lluvia, transición y seca (211 709,2 ± 208 340.2 partículas/km², 158 076,2 ± 57 973,8 partículas/km² y 64 924,1 ± 54 560,9 partículas/km², respectivamente). En el EI se presentó una mayor cantidad de MP totales durante la época de lluvia (516 570,3 ± 129 780,8 partículas/km²), seguido por la época de transición (169 367,3 ± 31 534,5 partículas/km²) y seca (129 848,3 ± 40 945 partículas/km²), del mismo modo ocurrió en el EE con promedios de 812 963,1 ± 220 307,8 partículas/km², 471 405,7 ± 73 229,5 partículas/km², 191 949,6 ± 79 400,2 partículas/km² para las épocas lluvia, transición y seca, respectivamente. De manera general, los MP que predominaron en el estudio fueron los fragmentos (62,2 %), seguido de las fibras (37,4 %). Cabe destacar que se presentó un aumento significativo de los fragmentos hallados en el estuario desde 2015 a 2019 (130,1 %) (Figura 4a).

Figura 4 a) Densidad promedio de los tipos de microplásticos para 2015 (gris claro) y 2019 (gris oscuro). b) Densidad promedio del total de los microplásticos para las épocas analizadas. c) Densidad promedio del total de los microplásticos para los sectores analizados. Los resultados de las pruebas pos hoc, permanova pair-wise test, se representan con letras (p(PERM) < 0,05). 

Al comparar las concentraciones de los MP en aguas superficiales del estuario de la bahía de Buenaventura (0,5 × 10⁶ partículas/km²), con las concentraciones registradas en aguas superficiales de otras regiones costeras, se podría sugerir que Buenaventura tiene un nivel de contaminación intermedio, con tendencia a alto (Tabla 3), especialmente si se tiene en cuenta la tasa de aumento en la concentración de microplásticos promedio anual fue de 28,7 %. Por otra parte, a nivel local, al comparar las concentraciones de los MP en aguas superficiales del estuario de la bahía de Buenaventura (2,8 partículas/m³) con las concentraciones encontradas en diferentes ambientes marino-costeros de Colombia, se encontró que la bahía de Buenaventura presenta una mayor cantidad de microplásticos en el agua, que los registrados para otras áreas costeras de Colombia.

Tabla 3 Densidad de microplásticos presentes en cuerpos de aguas naturales superficiales de diferentes partes del mundo (promedios ± desviación estándar). Los valores mencionados en el apartado a, fueron convertidos en potencias de 10 a la 6 para fines comparativos. 

DISCUSIÓN

La cantidad de MP presentes en agua superficial de la bahía de Buenaventura se incrementó un 114,7 % desde 2015 a 2019; este incremento es un posible resultado de distintas características que posee el lugar de estudio y sus alrededores. Buenaventura es una de las ciudades portuarias más reconocidas de Sudamérica, la cual duplicó la población en los últimos 30 años, alcanzando a albergar 423,927 personas (^{Ávila Arias y Toro Cárdenas, 2003}). Sólo estas características, sumando al ineficiente manejo de residuos sólidos y a la poca o ausente cultura de cuidado ambiental que poseen sus habitantes (^{Suárez Manzano y Suárez Montaño, 2015}), hacen que las cantidades de residuos depositadas a los cuerpos de agua que confluyen en los estuarios, sean cada vez mayores, explicando el gran aumento de los MP encontrados en la bahía.

También es importante considerar que el puerto de Buenaventura, por su cercanía a la línea del ecuador, es cercano a las principales rutas marítimas que atraviesan el planeta, lo cual le permite ser un puerto concentrador y de transbordo (Sociedad Portuaria Regional de Buenaventura S.A, 2017). Debido a esto, sus aguas, y por ende las de la bahía, podrían estar expuestas a la contaminación por MP, generada por los buques de tránsito internacional, a través de las aguas de lastre. A pesar de que el agua de lastre optimiza la seguridad y estabilidad de las embarcaciones, es una importante fuente de contaminación. Cuando se aprovecha el agua del medio marino del puerto en que se encuentre la embarcación y luego se descargan en el puerto de destino, se liberan en éste de forma involuntaria diferentes elementos y organismos que no son propios del ecosistema (García-Mendoza, 2015).

Los fragmentos fueron el tipo de MP que se presentó con mayor concentración durante 2015 y 2019 (59,3 % y 63,5 % del total de los MP, respectivamente). Esta dinámica coincide con un estudio realizado en el golfo Pérsico (^{Kor y Mehdinia, 2020}), en donde se encontró que los fragmentos predominaron en dicha investigación con 41 % del total de MP. Por otro lado, en el océano Pacífico noroccidental, los fragmentos representaron 80 % de los MP totales analizados (^{Pan et al., 2019}). Así mismo, en Colombia, en un estudio realizado en el manglar de la Ciénaga Grande de Santa Marta los fragmentos fueron uno de los MP que predominaron (Invemar y MinAmbiente, 2018), del mismo modo, los fragmentos predominaron en investigaciones realizados en los departamentos de Nariño, Valle del Cauca, Bolívar y Chocó (Caribe) (42 %, 69 %, 83 % y 58 %, respectivamente) (Invemar y MADS, 2017).

Debido a la forma irregular que presentaron estos MP se puede inferir que son secundarios, es decir, que provienen de la fragmentación de elementos de mayor tamaño. Una posible razón de la gran presencia de estos MP en la superficie es su menor densidad en comparación a la del agua estuarina, por lo cual no sólo los fragmentos, sino también las fibras (tipo de MP que también presentan altas concentraciones en este estudio), por su amplia superficie y su pequeña masa, flotan y se acumulan rápidamente en la superficie (^{Pan et al., 2019}). Esto también puede explicar la abundancia de los MP en EE en los dos años estudiados; zona del estuario que tiene una mayor densidad al presentar una fuerte influencia marina, lo cual favorece que los MP se presenten en mayor medida sobre la superficie del agua y no en el fondo.

La precipitación tuvo una clara influencia en la cantidad de MP. En la época de lluvia, la escorrentía y el caudal de los ríos aumenta (^{Támalo et al., 2016}), finalizando su recorrido en el océano Pacífico. En el municipio de Buenaventura se evidencian prácticas en donde el manejo de los residuos sólidos es inadecuado, no solo por la ausencia de educación ambiental, sino también porque carecen de sistemas de correcta disposición de residuos (^{Suárez Manzano y Suárez Montaño, 2015}), presentándose un aporte directo y mezcla continua de los cuerpos de agua dulce que transportan materiales contaminantes y llegan a los estuarios. Adicionalmente, la región no cuenta con un sistema adecuado de tratamiento de aguas residuales, lo cual aumenta el riesgo de contaminación. Debido a esto, por la acción de la escorrentía los MP son transportados hasta el océano, proceso que se ve intensificado con un incremento de las lluvias en la zona del estuario y en la cuenca de los ríos afluentes.

Por último, el considerable aumento de los MP en el estuario de la bahía de Buenaventura sugiere que se tomen medidas pertinentes para que se evite un continuo incremento de las concentraciones a través de tiempo y se contrarresten los posibles efectos nocivos sobre la vida marina y en la salud humana. Los MP, específicamente los fragmentos, representan una grave amenaza a nivel ecológico. En primer lugar, por su pequeño tamaño, lo cual hace que muchos organismos los ingieran de forma más fácil, aumentando su biodisponibilidad a través de las redes tróficas y, en segundo lugar, porque los fragmentos concentran y magnifican los contaminantes orgánicos persistentes en el agua (^{Saeed et al., 2020}), afectando a diversos organismos. Estos ecosistemas necesitan ser estudiados y preservados con mayor detalle no sólo en la bahía de Buenaventura, sino también alrededor de todo el mundo, ya que a través de éstos ingresan la mayoría de MP al medio marino (^{Zhang et al., 2019}); además, los estuarios brindan servicios ambientales como regulación de desequilibrios y perturbaciones, reciclaje de nutrientes, es hábitat y refugio de diversos organismos (muchos son de interés comercial), sin mencionar los servicios de recreación, estéticos y de educación que ofrecen a las poblaciones humanas.

CONCLUSIONES

En el periodo de estudio, la concentración de MP creció 114,7 % de 2015 a 2019, que representa en promedio un aumento de 28,7 % anual en la densidad de MP en las aguas superficiales de la bahía de Buenaventura. Así mismo, se evidenció un aumento en la densidad de MP hacia la zona externa de la bahía, debido probablemente al gradiente de densidad (debido a la salinidad), que permite que las partículas, en especial los fragmentos, floten por más tiempo y se puedan desplazar mayores distancias en el estuario externo. El incremento de la escorrentía, debido al aumento de las precipitaciones, contribuyó al aumento de la concentración de MP en la época de lluvia. El incremento de los microplásticos confirma la necesidad de profundizar en el estudio de la problemática de contaminación por plásticos en la bahía de Buenaventura. La presencia de los microplásticos en los ecosistemas estuarinos representa un riesgo para el ecosistema y los servicios ecosistémicos derivados.