Programas de monitoreo del medio marino costero

Los tipos más comunes de modelos de diseño y de análisis estadísticos usados en monitoreos operacionales de relaciones de presión-estado y de investigación son: (i) diseño de gradiente, donde los muestreos son realizados a intervalos de distancias desde el punto de impacto (e.g., ducto submarino). Se usan cuando existe evidencia, teórica o práctica, de que se producirá un gradiente del impacto. Los análisis estadísticos pueden ser por Regresión, Análisis de Varianza (ANDEVA), Análisis de Covarianza (ANCOVA), Multivariado, otros; (ii) diseño Antes-Después- Impacto-Operación (Before-After), donde los muestreos son tomados en el mismo sitio, “antes” y “después” de un impacto planificado. El sitio de muestreo es siempre el mismo y eso elimina los problemas de variaciones espaciales; sin embargo, el gran problema es que este diseño no permite separar variaciones naturales temporales (e.g., variaciones en surgencias marinas, temperatura del agua de mar, otras) del efecto debido al impacto del agente; (iii) diseño Control-Impacto-Antes-Después (Before-After-Control-Impact: BACI), donde el diseño más simple es el de un sitio control y un sitio impactado. Ambos son muestreados para la variable de interés una vez “antes” y una vez “después”. La discriminación sobre el impacto está entonces basada en la interacción entre Tiempo y Sitio y se usa la variabilidad entre las muestras (en un sitio) como el término de error. Sin embargo, se debe asumir que las variables medidas en ambos sitios siguen una misma trayectoria a través del tiempo y si ello no es así, es posible que las diferencias sean o no producto del impacto; (iv) diseño de Series Pareadas Antes-Después-Control-Impacto (BACIPS: Paired Series), donde se combinan dos diseños. La base estadística para la determinación de impacto son las diferencias “antes” versus las diferencias “después”, de la variable seleccionada y se analiza con ANDEVA (Underwood, 1997). La base de comparación estadística es que cada diferencia en el tiempo “antes” es un estimado independiente de la variación espacial natural entre el Control y el Sitio Impactado. El análisis asume que cada diferencia en las mediciones “antes” es un estimado independiente de la variación espacial entre el sitio control y el que va a ser impactado. El diseño tiene limitaciones, ya que no hay réplicas espaciales (Underwood, 1994), pero existen aproximaciones analíticas para solucionarlo (Stewart-Oaten et al., 1986; Stewart-Oaten, 1996); (v) diseño Antes-Después-Control-Impacto Asimétrico, donde existen varios controles y un solo sitio impactado, que es analizado “antes” y “después” del impacto. El uso de varios sitios controles ayuda a mejorar problemas del diseño BACI tradicional, incluyendo el problema de interacciones espacio-temporales de BACIPS. El análisis estadístico (ANDEVA) permite observar diferencias estadísticas entre los cambios de múltiples controles (presumiblemente variables) versus el sitio impactado (Underwood, 1997; Guiñez & García-Bartolomei, 2020).

Aparte de las citas entregadas en esta sección de modelos y análisis estadísticos para monitoreos existe una cantidad importante de información científica y estadística relacionada, de la cual se destacan: Green (1979, 1989); Hulrbert (1984); Stewart-Oaten et al. (1986, 1992); Fairweather (1991); Warwick & Clarke (1991); Keough & Quinn (1991); Underwood (1991, 1992); Underwood & Peterson (1988); Clarke (1993,1997); Underwood & Petraitis (1993); Osenberg et al. (1994, 1996); Osenberg & Schmitt (1996); Ellis & Schneider (1997); Kingsford & Battershill (1998); Kingsford (1998a,b); Underwood & Chapman (1998); Clarke & Gorley (2001) Murray et al. (2002); Peterson et al. (2003); Lindenmayer & Likens (2009); Magurran et al. 2010; Boon et al. (2011); Schwartz (2015); Kroger & Johnston (2016); Guiñez & García-Bartolomei (2020).

Además, se sugiere que tres son referencias claves de ser analizadas en la planificación general, diseño, métodos y ejecución de programas de monitoreos litorales: (1) Murray et al. (2002), que resume y analiza críticamente los varios métodos biofísicos para la correcta realización de estudios de monitoreo, de impacto y ecológicos para costas litorales rocosas. (2) Noble-James et al. (2017), que presentan una guía actualizada para el análisis de ambientes marinos bentónicos; (3) Lindenmayer & Likens (2009), quienes resumen y analizan la problemática de flexibilización de los programas de monitoreo a lo largo del tiempo y lo presentan como un nuevo paradigma de futuro.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como conclusiones y recomendaciones es posible precisar que en Chile es necesario hacer vinculantes, actualizar y precisar con mayor rigor las instrucciones, ordenanzas o guías oficiales para la planificación, métodos, diseño, análisis y ejecución de PVAs de monitoreos bióticos-biofísicos de fondos duros del borde costero. Esto especialmente en relación con: (i) estudios piloto de monitoreo, previos a la realización de las líneas de base; (ii) clarificar y enfatizar más la rigurosidad estadística y robustez requerida en los análisis de cada estudio de los monitoreos; (iii) se deben hacer esfuerzos para guiar la metodología que permita distinguir entre impactos naturales y antropogénicos, ya que en un estudio de impacto ambiental ello está en la base misma de las hipótesis a contrastar. En Chile esto aparece como un déficit en muchos de los informes de monitoreos litorales; (iv) se deben exigir muchos más análisis de series de tiempo, incluyendo las líneas base; (v) las autoridades deberían estar abiertas a recibir sugerencias, bien fundadas, sobre adaptaciones o modificaciones de los PVA litorales, lo que en inglés se conoce como “adaptive monitoring” (Lindenmayer & Linkens, 2009); (vi) se requiere trabajar en la elaboración y perfeccionamiento permanente de Manuales o Guías Operativas de procedimientos, diseños, métodos y análisis estadísticos para estos monitoreos. Por ejemplo, países como USA, UK, N. Zelandia que mantiene estos manuales actualizados en sus agencias ambientales y los consultores los usan como los mínimos necesarios y sobre ello agregan mediciones que hacen más robustos los resultados, conclusiones y recomendaciones. Sin embargo, la falta (o escases) de estos manuales en Chile, no justifica, en muchas ocasiones, la falta de acuciosidad y robustez de los diseños, métodos y análisis estadísticos y conclusiones de los PVA litorales, ya que existe numerosa literatura al respecto.

El mensaje final es que en Chile podemos/debemos hacer monitoreos bióticos de fondos duros en el borde costero del tipo Impacto-Control planificado, bajo la tipología Presión-Estado, con mucho mayor robustez que la que muestran la gran mayoría de los monitoreos actuales.

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4. CONSIDERACIONES ESTADÍSTICAS PARA EL DISEÑO

DE PROGRAMAS DE MONITOREO AMBIENTAL

Y APLICACIONES PARA LA INDUSTRIA DESALINIZADORA

STATISTICAL CONSIDERATIONS FOR ENVIRONMENTAL MONITORING PROGRAMS DESIGN AND ITS APPLICATIONS

FOR THE DESALINATION INDUSTRY

Ricardo Guiñez31 • Enzo García-Bartolomei2

Resumen. Detectar las posibles repercusiones o efectos de cualquier tipo de operación o acción antrópica sobre el ambiente requiere de un diseño de muestreo apropiado, con la sensibilidad suficiente para detectar variaciones sobre un determinado componente, lo que puede ser muy difícil, debido a las variaciones naturales que ocurren en distintas escalas espaciales y temporales. En el presente trabajo desarrollamos un enfoque didáctico de las consideraciones estadísticas básicas para la implementación de programas de monitoreo ambiental, analizando un caso de estudio de monitoreo marino costero para una planta desaladora en el norte de Chile. Nos centramos en diseños de programas de monitoreo del medio marino costero, relacionados con la implementación de diseños BACI (Before-After / Control-Impact), poniendo especial énfasis en el concepto de poder estadístico, una consideración fundamental para el desarrollo de programas de vigilancia ambiental robustos. Estas acciones permiten la implementación de planes de monitoreo ambiental más efectivos, desarrollando una mejor gestión ambiental de los potenciales efectos de una operación sobre el área de influencia de un proyecto, al mismo tiempo que mejora el rendimiento de tiempo y recursos invertidos en estos programas. Ello es un aporte para el desarrollo sostenible de actividades industriales, el desarrollo socioeconómico del país, los ecosistemas que las mantienen y la comunicación de resultados apropiada con una comunidad cada vez más empoderada de su territorio. En particular, respecto a la implementación de monitoreos marinos, del presente trabajo se desprende que para plantas desaladoras que operan en Chile, la utilización de diseños BACI para el seguimiento ambiental del área de influencia de la descarga, es una herramienta útil para detectar potenciales efectos ambientales (o la ausencia de estos) sobre los sistemas costeros. Lo cual permite diferenciar los efectos que ocurren por efecto de la descarga de la planta, de aquellas variaciones de mayor escala (regional) que pudieran estar explicando cambios observados en una determinada variable respuesta, como la biodiversidad y riqueza específica, entre otras características comunitarias claves para evaluar la salud de los ecosistemas.

Palabras claves. BACI, poder estadístico, evaluación de impacto ambiental, monitoreo marino, descarga, salmuera, Chile.

Summary. Detecting the possible repercussions or effects of any type of anthropic action on the environment, requires an appropriate sampling design, with enough sensitivity to detect variations on a certain component. This can be extremely difficult, due to natural variations that occur at different spatial and temporal scales. In the present work, a didactic approach to statistical considerations for the implementation of environmental monitoring programs is developed, analyzing a case study of coastal marine monitoring for a desalination plant in northern Chile. We focus on coastal marine monitoring programs and the implementation of BACI (Before-After / Control-Impact) designs, with special emphasis on the concept of statistical power, a fundamental statistical consideration for the development of effective environmental monitoring programs. Both considerations allow for the implementation of more effective environmental monitoring plans, developing a better environmental management regarding the potential effects of an operation and its influence area and furthermore, improving time and resources performance. This aims at supporting the sustainable development of industrial activities (fundamental for the socio-economic development of the country), the ecosystems services and the communication with increasingly empowered communities. Regarding the implementation of desalination plants marine monitoring programs in Chile, this paper shows that BACI designs for environmental monitoring of the brine discharge influence area are a useful tool for detecting potential effects (or the absence of them), allowing to differentiate the effects due to the discharge of the plant, from those natural variations of greater scale (regional), that may explain changes observed in a certain variable, such as biodiversity and specific richness, among other key community indicators to assess ecosystem health.

Keywords. BACI, statistical power, environmental impact assessment, marine monitoring design, discharge, brine, Chile.

INTRODUCCIÓN

La evaluación ambiental de proyectos productivos e industriales es un área de investigación que en los últimos años ha cobrado relevancia en Chile debido a la creciente necesidad de asegurar el desarrollo sostenible de las actividades que mantienen el motor productivo del país, la sustentabilidad de los ecosistemas naturales que la contienen y la participación de la comunidad en estas. En este contexto, las actividades industriales que se desarrollan en el borde costero cobran especial importancia, debido a la amplia demanda que hay por este escaso territorio y los múltiples usos que se desarrollan en él. Es por lo tanto fundamental, asegurar una gestión e identificación apropiada de los potenciales efectos de una actividad productiva, para la implementación de programas de vigilancia ambiental con la capacidad de detectar a tiempo potenciales efectos debido a su operación. De este modo, existe una necesidad creciente de poder detectar perturbaciones ambientales debido a actividades antrópicas, aun cuando hay desafíos pendientes respecto al uso apropiado de diseños experimentales válidos y replicables, que permitan establecer relaciones causales entre la respuesta observada en el ambiente y la identificación de una operación o actividad potencialmente responsable.

En este trabajo denominamos operaciones a las intervenciones humanas, particularmente del ámbito productivo, asociadas con el entorno ecológico en un territorio. Cuando procedemos a evaluar los efectos de una operación evitamos usar el concepto “impacto ambiental” a priori. Esto debido a que tanto en el sentido común, como en el campo de la gestión ambiental, se ha instalado la idea de que las intervenciones humanas sobre el ambiente siempre tienen impactos negativos (Perevochtchikova, 2013). Por lo que resulta fundamental no seguir contextualizando negativamente los estudios e investigaciones sobre los efectos de las intervenciones humanas, que solo frenan el desarrollo de estas iniciativas y entorpecen la delicada relación academia/investigación/industria, y su trabajo conjunto para la búsqueda de soluciones en materia de sostenibilidad ambiental.

Una operación puede tener efectos de distinto sentido (positivos, negativos o nulos) e intensidad/grado. La evaluación de los potenciales efectos ambientales de una operación se obtiene a través del diseño de un programa de monitoreo, cuya planificación se estructura para identificar cambios en el ambiente al comparar una situación con y sin proyecto, en lo que ha sido denominado comúnmente como un diseño BACI (Before-After / Control-Impact) (por sus siglas en inglés Antes-Después/Control-Impacto; Downes et al., 2008).

Un enfoque clave de la aproximación de este capítulo, es que consideramos que para mejorar la calidad de la gestión ambiental es imprescindible que la toma de decisiones tenga una base científica sustentada en evidencia, esto es en datos empíricos (e.g., NORMA ISO 14.001:2004)32. Una parte fundamental de la obtención de datos ya sea observacionales, descriptivos o experimentales, para la toma de decisiones con base científica, es el diseño experimental o diseño de muestreo (Environmental Protection Agency, USA, 2002). Para ello, es fundamental considerar al menos, la idoneidad y precisión de los métodos de estimación y el manejo de las muestras, el efecto del error de medición y experimental, la representatividad de los datos, y consideraciones estadísticas en torno a los modelos utilizados, sobre los cuales se toma la decisión respecto a la existencia o no de un efecto significativo sobre el ambiente.

En el trabajo nos centramos en diseños de programas de monitoreo del medio marino costero, relacionados con la implementación de diseños BACI, que en nuestra opinión debieran ser renominados como BACO (Before-After / Control-Operation), o en castellano ADCO (Antes-Después / Control-Operación). Estos diseños, desarrollados inicialmente en la década de los 90 por la agencia de protección ambiental norteamericana (Environmental Protection Agency, en inglés), corresponden a un tipo de acercamiento común para evaluar los efectos de perturbaciones tanto naturales como de inducción antrópica, sobre variables ambientales como la presencia/ausencia de especies, estructura de comunidades o estado de salud del ecosistema en general, particularmente cuando la asignación de el/los sitio(s) de la operación (i.e., tratamiento) y de control no fue o no puede ser realizado al azar (Eberhardt, 1976; Green, 1979). Se han propuesto una variedad de diseños BACI que han sido revisados por Downes et al. (2008). A la fecha, hay 533 publicaciones sobre diseños “BACI” indexadas en WoS33, 18 de ellas relacionadas con medio marino costero o acuático en general, seis de las cuales fueron desarrolladas en Chile.

Para detectar las posibles repercusiones o efectos de cualquier tipo de operación en el ambiente se requiere de un diseño de muestreo apropiado, con la sensibilidad suficiente para detectar variaciones sobre un determinado componente (Benedetti-Cecchi, 2001; Guidetti, 2002). Identificar y cuantificar estos efectos en ocasiones puede ser muy difícil, debido a las variaciones naturales que ocurren en distintas escalas espaciales y temporales (Roberts et al., 1998). De este modo, un diseño corresponde a la estipulación de dónde, cuándo y cómo se toman las observaciones o unidades de muestreo, para proveer datos que permitan hacer inferencias sobre ciertos objetivos específicos, tales como la conservación de un determinado ecosistema o la definición de áreas de influencia de un proyecto o el efecto de una operación, todos ellos aspectos fundamentales al momento de determinar la existencia/ausencia de efectos significativos sobre el ambiente debido a una actividad antrópica determinada (Downes et al., 2008).

En lo que sigue desarrollamos un enfoque didáctico de las consideraciones estadísticas de modelos de análisis, para la implementación de programas de monitoreo ambiental, analizando un caso de estudio de monitoreo marino costero en el norte de Chile. Particularmente, interesa relevar la urgente necesidad de incorporar el concepto del poder estadístico como una de las consideraciones estadísticas fundamentales para el desarrollo de diseños de monitoreo con base científica (ver Ortiz, 2002, para revisión de textos fundamentales sobre “statistical power analysis”.