La esencia de la acuicultura intensiva moderna es un método de cultivo en alta densidad, basado en el reciclaje del agua, conocido como sistema de recirculación en acuacultura (RAS).
Los RAS generalmente incluyen unidades de acuicultura para la crianza de organismos acuáticos y para el tratamiento del agua que contiene dispositivos de filtración para la remoción de la materia particulada (heces, residuos del alimento), reactores biológicos para remover el nitrógeno, fósforo y otros contaminantes del agua, equipos de oxigenación, y dispositivos de esterilización.
Los investigadores del Yellow Sea Fisheries Research Institute en la Chinese Academy of Fishery Sciences publicaron una revisión científica sobre los factores que afectan la operación de los sistemas de recirculación en acuicultura, y revelan los mecanismos de su influencia sobre los organismos en crianza.
Ventajas de los RAS
Las ventajas de los RAS incluyen:
- Los organismos acuáticos pueden ser cultivados en un ambiente controlado;
- Se puede realizar el control de la tasa de crecimiento y el ciclo de cosecha;
- El agua puede ser reciclado a través de la filtración del biorreactor, lo que genera reducciones en el uso del agua;
- La escala de cultivo no esta limitado por el ambiente; y,
- Resiste a riesgos externos (desastres naturales, contaminación y enfermedades); contaminantes (químicos y metales pesados).
Efectos de los factores ambientales sobre el RAS
Temperatura
La mayoría de los peces son poiquilotermos, que no llevan a cabo mutaciones genéticas adaptativas cuando cambia la temperatura, pero reducen el estrés ambiental a través de comportamientos de regulación del calor como la tolerancia, la resistencia o la preferencia.
La eficiencia de muchos procesos fisiológicos en los peces cambiará entre un 6% y un 19% por cada 1 oC de cambio en la temperatura corporal, por lo que la temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que afectan el crecimiento y desarrollo de los peces.
Además, el apetito, las funciones digestivas y la capacidad de alimentación de los peces también se ven afectados por la temperatura. Con el aumento de la temperatura, aumentan el rendimiento antioxidante y las actividades enzimáticas de los peces, y la ingesta de alimentos aumenta hasta que se alcanza la temperatura óptima de crecimiento.
Sin embargo, con el aumento de la temperatura más allá del valor óptimo, las actividades de las enzimas funcionales disminuyen y las capacidades de alimentación se inhiben, lo que reduce la tasa de crecimiento.
En los sistemas de recirculación para la acuicultura, la composición de la comunidad microbiana y la eficiencia de eliminación de contaminantes como el nitrógeno amoniacal y el nitrito en un biofiltro también se ven afectadas por la temperatura.
Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto suele ser el principal factor limitante en los RAS que afecta la capacidad y el rendimiento del sistema.
En acuicultura, los animales de cultivo obtienen el oxígeno del agua a través de las branquias. La asfixia ocurrirá en condiciones que involucren oxígeno insuficiente, lo que afectará los comportamientos de alimentación, reproducción y cobertura del organismo.
Cuando la concentración de oxígeno disuelto está dentro de un rango razonable, es adecuado para el crecimiento y desarrollo de los animales acuáticos y puede mejorar la eficiencia de la acuicultura. Sin embargo, la disminución del contenido de oxígeno disuelto limitará severamente el crecimiento de los organismos acuáticos, e incluso provocará una mortalidad masiva en casos graves.
En los sistemas de recirculación en acuacultura, los métodos de oxigenación como el contactor de oxígeno de cono, aireación de chorro y aireación de Venturi, pueden aumentar el contenido de oxígeno disuelto en el agua y la eficiencia de utilización de oxígeno puede alcanzar el 90%.
pH
El pH es un parámetro importante de calidad del agua en los RAS, que refleja la actividad de los iones de hidrógeno en el agua. Generalmente, el agua apta para la acuacultura tiene un pH de entre 6.0 y 9.0.
En entornos de pH adecuados, los organismos cultivados tienen una mayor tasa de consumo de oxígeno, un suministro adecuado de oxígeno para los tejidos y órganos y fuertes actividades enzimáticas, lo que facilita la respiración, el crecimiento y el desarrollo normal.
En el agua de acuicultura, la respiración biológica y la descomposición de la materia orgánica consumen oxígeno y liberan CO2, lo que provoca una disminución del pH.
Los ambientes ácidos estimularán el aumento de moco en las branquias de los peces, y el moco excesivo y la proteína precipitada cubrirán las branquias lo que hará que los peces se asfixien.
Las condiciones ácidas también dañarán la visión, la capacidad auditiva y el olfato de los peces, lo que afectará la percepción y la función motora y los trastornos del metabolismo y, finalmente, pondrán en peligro el crecimiento y el desarrollo de los organismos cultivados.
Asimismo, un pH bajo afectará el desarrollo y la maduración de las gónadas de los peces, reduciendo la motilidad de los espermatozoides y dañando el desarrollo del embrión, afectando en última instancia la reproducción y la continuación de la población.
Salinidad
Para el RAS de agua salobre o agua de mar, la salinidad es un indicador importante de la calidad del agua.
En general, los organismos tienen un grado de adaptación a la salinidad, por ejemplo, cuando la salinidad aumenta, los iones en los peces de desequilibran, las branquias y los intestinos suelen compensar la pérdida de iones de manera pasiva y el exceso de agua se drena del cuerpo a través de riñones y vejigas.
Cuando la salinidad cambia más allá del rango de tolerancia de los organismos acuáticos, el mecanismo de regulación de la presión osmótica se verá afectado y el crecimiento, el desarrollo, la reproducción y otras actividades fisiológicas se verán afectados negativamente y, en algunas condiciones, pueden causar la muerte.
Densidad de cultivo
La densidad de la población de los organismos criados es uno de los principales factores que determinan la productividad de un sistema acuícola. En la acuicultura intensiva, la densidad de la población en el agua a menudo se incrementa para obtener una mayor producción y mayores beneficios económicos.
Una densidad adecuada es esencial para la supervivencia, el crecimiento, el bienestar y la salud de los organismos cultivados.
Cuando aumenta la densidad de población de la acuicultura, la competencia por el alimento y el espacio vital de los animales se intensificará, consumiendo mucha energía, y la ingesta promedio de alimentos por individuo disminuirá, lo que reducirá la tasa de crecimiento y la tasa de supervivencia de los peces.
Una alta densidad de población también puede tener efectos adversos en el desarrollo muscular de los peces, reduciendo el contenido de proteína y grasa cruda del cuerpo del pez, e influyendo aún más en la calidad del producto acuático.
Velocidad del agua y tasa de recambio
El caudal adecuado es beneficioso para mejorar la tasa de crecimiento, la tasa de supervivencia, la capacidad de alimentación y la adaptabilidad ambiental de los peces.
Las diferencias en los hábitos de vida y el nicho ecológico determinan la diferencia de los requisitos de los organismos para el caudal óptimo.
Una mayor velocidad del agua puede hacer que se suspendan más partículas en el agua, lo que conduce a la filtración y eliminación de partículas suspendidas. Por lo tanto, aumentar la velocidad del agua en el punto máximo de descarga de amoníaco puede contribuir a la degradación del amoníaco y a la purificación del agua.
Por otro lado, la tasa de intercambio de agua juega un papel importante en la eliminación de heces, residuos de alimentos y en el mantenimiento de la calidad del agua. Además de afectar la alimentación y el crecimiento de los peces, una tasa de intercambio de agua baja puede provocar la acumulación de nitratos, nitritos, sólidos en suspensión, materia orgánica, elementos metálicos y esteroides, lo que provoca deformidades, úlceras en la piel, cavidad oral y lesiones en las aletas de los peces.
Luz
La luz es un factor ambiental importante en la acuicultura, que afecta directa o indirectamente la alimentación, el crecimiento, la reproducción y otros comportamientos de los peces, camarones, cangrejos, pepino de mar y abulón.
La influencia de la luz en el crecimiento de los organismos acuícolas se centra principalmente en tres aspectos: la intensidad de la luz, el fotoperíodo y el espectro.
Diversos estudios han demostrado que una intensidad de luz inadecuada puede provocar un crecimiento deficiente, reducir la resistencia a las enfermedades y aumentar la mortalidad entre los peces.
Sin embargo, las altas intensidades de luz imponen estrés a los peces, provocando un crecimiento lento, oxidación del hígado, función inmune débil e incluso la muerte.
La intensidad de luz adecuada no solo puede mejorar la eficiencia de alimentación, la tasa de crecimiento, la tasa de supervivencia y la tasa de conversión alimenticia de los peces cultivados, pero también puede mejorar la calidad del agua al mejorar las actividades de las bacterias nitrificantes en los RAS.
La relación entre la intensidad de la luz, la calidad de la luz y el fotoperíodo es inseparable y complementaria. Comprender la influencia integral de la luz en el crecimiento de los organismos cultivados es útil para optimizar las condiciones de luz de la acuicultura.
En los sistemas de recirculación en acuicultura se pueden instalar dispositivos de iluminación como lámparas LED, lo que permite diseñar estrategias de iluminación específicas de acuerdo con las necesidad de iluminación de las especies para mejorar la calidad de los organismos cultivados.
Interacción de los factores ambientales
En general, los factores ambientales deben ser mantenidos en un rango adecuado para asegurar el crecimiento de los organismos en cultivo. Aunque el estudio de un solo factor es fácil de realizar, el ambiente es un sistema complejo, y existen restricciones mutuas y de promoción entre los factores ambientales.
Por ejemplo, el incremento de la temperatura conduce a un incremento en la tasa metabólica y de esta forma a la demanda del oxígeno.
En los sistemas de recirculación en acuicultura, muchos factores ambientales pueden ser regulados a un rango apropiado, lo que crea un ambiente adecuado para el crecimiento de los animales en cultivo. Esta es una de las principales ventajas de los RAS.
Efectos de los métodos de desinfección en los RAS
Los sistemas acuícolas de alta densidad, como los RAS, pueden conducir a la potencial proliferación de microorganismos patogénicos, lo que afecta el crecimiento de los organismos en crianza y la operación normal del sistema.
En este sentido, para prevenir el brote de enfermedades, es necesario remover los microorganismos patogénicos en el agua.
La adición de ozono (O3) y la erradicación ultravioleta (UV) son los métodos de desinfección más usados en los RAS. En los últimos años, otros métodos de desinfección como el ácido peracético y peróxido de hidrógeno (H2O2) también vienen siendo aplicados en los sistemas de recirculación en acuicultura.
El cloro (Cl2) y el hipoclorito de sodio (NaOCI) pueden hidrolizarse para producir hipoclorito (HCIO), que provoca la desnaturalización de las proteínas en bacterias y virus a través de su fuerte acción oxidante. Es económico y ampliamente utilizado en los RAS; sin embargo, debido a que Cl2 y el NaOCI son corrosivos y tóxicos para los organismos, pueden permanecer en el agua y afectar el funcionamiento normal del RAS.
Conclusión
La revisión científica describe los factores que afectan la operación estable de un RAS. Cada factor juega un rol importante en la operación del RAS.
Entre ellos, los autores creen que la temperatura, el oxígeno disuelto y la desinfección ejercen la mayor influencia sobre la unidad de acuicultura y la unidad de tratamiento de agua en los RAS.
En los RAS modernos, los parámetros ambientales como la temperatura, el oxígeno disuelto, el pH y la salinidad pueden ser monitoreados en línea, y las estrategías de alimentación y las medidas de desinfección pueden ser optimizadas para la implementación.
El estudio fue financiado por el National Key R&D Program of China, Ministry of Science and Technology of People’s Republic of China, Postdoctoral Application Fund of Qingdao, Qingdao Municipal Bureau of Human Resource and Social Security y Basic Scientific Research Project of Chinese Academy of Fishery Sciences.
Contacto
Zhengguo Cui
Yellow Sea Fisheries Research Institute
Chinese Academy of Fishery Sciences
No.106 Nanjing Road, Qingdao 266071, China.
Email: cuizg@ysfri.ac.cn
Referencia (acceso libre)
Li, H., Cui, Z., Cui, H., Bai, Y., Yin, Z., & Qu, K. (2023). A review of influencing factors on a recirculating aquaculture system: Environmental conditions, feeding strategies, and disinfection methods. Journal of the World Aquaculture Society, 1– 37. https://doi.org/10.1111/jwas.12976
