China – Un equipo de investigadores plantea el uso de la ingeniería ecológica en los estanques para acuicultura con la finalidad de promover una actividad acuícola sostenible.
La acuicultura en estanques es el principal sistema acuícola en donde se producen los alimentos de origen acuático en el mundo; sin embargo, las principales debilidades de este sistema están vinculadas con las necesidades de espacio, el requerimiento de agua y el tratamiento de los efluentes.
Si queremos promover una acuicultura sostenible, debemos cambiar los enfoques en el diseño y gestión de los estanques para acuicultura. Un equipo de investigadores chinos plantean como solución el uso de ingeniería ecológica.
Los investigadores de la Fishery Machinery and Instrument Research Institute de la Chinese Academy of Fisheries Sciences, de la Shanghai Ocean University, publicaron una revisión científica en donde (i) discuten las interacciones entre los estanques para la acuicultura y el ambiente, (ii) revisan los progresos en la investigación en la ingeniería ecológica de los estanques para la acuicultura, y (iii) analizan y resumen los prospectos de aplicación.
En general, los investigadores buscan generar una guía para la ingeniería de la acuicultura en estanques, para que alcancen la sostenibilidad ambiental y económica, y mejoren la cantidad y calidad de los productos acuáticos.
Acuicultura en estanques y el ambiente
Consumo de agua
La acuicultura en estanques consume bastante agua. Las estimaciones muestran que cada 1 kilogramo de producto acuático de estanque de acuicultura en China requiere aproximadamente de 3 a 13.4 m3 de agua. En términos de especie las estimaciones son:
– 1 kilogramo de carpa requiere de 4.0 a 6.7 m3 de agua,
– 1 kilogramo de anguila requiere 13.4 m3 de agua,
– 1 kilogramo de camarón blanco requiere de 3.0 1 4.5 m3
Según los científicos en base a esta información es necesario desarrollar medidas para ahorrar agua de acuerdo a las características de la acuicultura en estanques.
Ocupación del suelo
“Para finales de 2016, la acuicultura en estanques ocupó más 2,762,600 hectáreas en China, es decir 3.95 millones de hectáreas de tierra y el 70% de la superficie del agua, comprendiendo el 2.93% de las tierras agrícolas de China” informan los investigadores.
Ellos estiman que por cada 1 kilogramo de producción de acuicultura en estanques se requería aproximadamente 1 m2 de tierra, mientras que cada 1 kilogramo de granos requiere aproximadamente 1,75 m2 de tierra.
Ingreso de nitrógeno en los estanques para acuicultura
La diferencia de la calidad del agua en los estanques para la acuicultura indican que diferentes especies y diferentes métodos de acuicultura tienen diferentes descargas de nitrógeno y fósforo en el cuerpo de agua.
La acuicultura en estanques requiere del aporte constante de alimentos, lo que resulta en la eutrofización del agua, incrementado por las excretas de los animales, los residuos biológicos y la emisiones de dióxido de carbono (CO2), H2S, NH3-N y otros compuestos tóxicos.
Los nutrientes en los estanques para acuicultura son afectados por las condiciones ambientales, y los cambios se pueden presentar en cualquier momento.
Desde los años 90, varios investigadores han propuesto principios para estimar los presupuestos de nitrógeno y fósforo, y su evaluación en la acuicultura de estanques.
Los métodos básicos para analizar el presupuesto de nitrógeno son los análisis de balance de materiales y químicos, mientras que los análisis del presupuesto de fósforo incluyen la medición de cambios en la composición del fósforo en el agua.
Contaminación del sedimento
El sedimento es el principal sumidero de los nutrientes relacionados con la eutrofización en los estanques de acuicultura. Esto es el resultado de la sedimentación de la materia particulada, la degradación de los residuos de animales y plantas acuáticas, y el intercambio y absorción de nutrientes en el agua.
La composición del sedimento en diferentes especies y diferentes estanques es diferente. Los investigadores reportan que en la producción intensiva de carpas, la deposición de lodo es aproximadamente de 10-12 cm por año.
La composición del sedimento también varía con las especies acuícolas. En los estanques de carpas herbívoras, el lodo generalmente contiene 3% de materia orgánica, 0.01-0.1% de nitrógeno disponible, 0.2% de TN, 0.2% de TP y 0.7-1% de potasio total.
El sedimento tiene un gran impacto en el ambiente del estanque acuícola. La acumulación de sedimento no solo causa contaminación del suelo, sino también un desbalance en los nutrientes.
En la actualidad, los principales métodos de tratamiento del sedimento son la remoción mecánica, la exposición al sol, la congelación, la mejora de la comunidad microbiana, la aplicación de cal viva, el ajuste químico y el aumento del oxígeno disuelto en el fondo del estanque.
Descarga de los efluentes
Las descargas de los estanques para acuicultura es una significativa fuente de contaminación en algunas área de China. Los efluentes de los estanques acuícolas de diferentes especies varían grandemente, dependiendo de la densidad de cultivo, uso de piensos acuícolas, entre otros aspectos.
Impactos de la contaminación ambiental en la acuicultura
La acuicultura en estanques es afectada no solo por la eutrofización del agua, sino también por el ambiente externo contaminado.
De acuerdo con los investigadores, la acuicultura en estanques en China está enfrentando una severa presión ambiental, de esta forma hay una necesidad urgente para adoptar nuevas tecnologías y nuevos métodos para mejorar los estanques para la acuicultura.
Ingeniería ecológica de los estanques acuícolas
Howard Odum (1962) definió el concepto de ingeniería ecológica como “la estimulación ambiental realizada por el hombre mediante el uso de pequeñas cantidades de energía suplementaria para controlar sistemas en los que los principales impulsores de energía provienen de fuentes naturales”.
Asimismo, Ma Shijun (1979) definió la ingeniería ecológica como “la aplicación del principio de simbiosis de especies y la regeneración del material reciclado en ecosistemas, el principio de coordinación de estructura y función, combinado con el método de optimización del análisis de sistema, para diseñar un sistema de proceso de producción para promover el uso jerárquico y multinivel de materiales”.
La ingeniería ecológica de los estanques para acuicultura incluye dos elementos: las instalaciones de ingeniería ecológica y un sistema de ingeniería ecológica.
Técnicas de ingeniería ecológica
Eco-pendiente y eco-zanja
Las pendientes ecológicas son generalmente aquellas creadas mediante el “uso de plantas combinadas con medidas de ingeniería civil y materiales vegetales no vivos, para reducir la inestabilidad y el colapso de las pendientes, y reducir el efecto de erosión del agua”.
El uso de pendientes ecológicas puede mejorar significativamente la calidad del agua en los diques, reduce de forma significativa los contenidos de nitrógeno total y de fósforo total, e incrementa la biodiversidad.
Según los científicos la aplicación de las pendientes de vegetación de tres dimensiones en la regulación de los ríos produce beneficios, y esto provee una referencia para su uso en las pendientes de protección de los estanques para acuicultura y la purificación del agua.
Una eco-zanja es un sistema de purificación ecológica formado por una zanja, que tiene las funciones de la purificación ecológica del agua y el embellecimiento ambiental. La construcción de una eco-zanja incluye la división en secciones, cada una de las cuales tiene diferentes plantas o animales acuáticos como peces y bivalvos.
La estructura del fondo de una eco-zanja es usada como canales de drenaje con áreas grandes e incluye la formación del fondo para facilitar el crecimiento de diferentes plantas y flujos de agua.
Eco-estanque y eco-cama flotante
Los estanques ecológicos, también llamados estanques de tratamiento biológico eficiente, son usados generalmente para el tratamiento de agua servidas.
En los estanques ecológicos se añaden plantas acuáticas, peces, patos y gansos para formar un ecosistema complejo con una cadena alimentaria completa para mejorar el efecto depurativo.
El estanque biológico integrado es un nuevo tipo de estanque ecológico basado en la tecnología tradicional del estanque biológico, y utiliza principios ecológicos para combinar los componentes en ciertas proporciones, con la doble función de purificación de agua residuales y protección de los recursos hídricos.
La eco-camas flotantes también son conocidas como islas biológicas flotantes, camas flotantes de plantas acuáticas y camas biológicas flotantes. El concepto se basa en el cultivo sin suelo y la tecnología de ingeniería ecológica usa las plantas acuáticas y los microorganismos en sus raíces para reducir los contaminantes en el agua.
En los últimos años, las eco-camas flotantes vienen siendo aplicadas en los estanques para acuicultura, principalmente en la forma de camas flotantes, camas en jaulas flotantes y camas flotantes ecológicas de material compuesto.
Los investigadores destacan que las camas flotantes tienen una fuerte influencia en la productividad primaria del agua, así que recomiendan que la proporción en el estanque no debe exceder el 20% del área del espejo de agua.
Humedal artificial compuesto
Los humedales artificiales se basan en la estructura de los humedales naturales. Un humedal artificial puede usar las funciones físicas, químicas y biológicas de los sistemas de tratamiento de efluentes.
Ingeniería ecológica de los sistemas de estanques para acuicultura
La ingeniería ecológica es la mejor forma de alcanzar un desarrollo sostenible en la acuicultura en estanques, y tiene las siguiente ventajas en comparación con los estanques acuícolas tradicionales:
1) mejora eficazmente el rendimiento y la eficiencia de la producción;
2) mejora la tasa de supervivencia;
3) mejora la digestibilidad y la tasa de absorción del alimento;
4) reduce el consumo de energía durante la producción;
5) permite el reciclaje del agua;
6) mejora la eficiencia laboral;
7) apoya el mejoramiento multinivel, que puede ser bien distribuido bien en el mercado;
8) reduce las enfermedades y el uso de medicamentos;
9) resuelve los problemas de eutrofización y contaminación de la acuicultura;
10) es fácil de administrar y gestionar; y,
11) es beneficioso para la gestión industrial de la acuicultura en estanques.
Perspectivas
La acuicultura en estanques está enfrentando severos desafíos, y la ingeniería ecológica de los estanques para la acuicultura es una vía para resolver estos problemas. Por consiguiente, es necesario promover activamente la adopción de la ingeniería ecológica en la acuicultura en estanques.
Los investigadores destacan que el desafío de los estanques para acuicultura requieren diferentes grados de esfuerzos, ellos proponen las siguientes soluciones:
a) Investigación sobre las características biológicas de la especies en los sistemas de acuicultura en estanques diseñados ecológicamente;
b) Establecer un sistema de tecnología de ingeniería para promover el desarrollo “verde” de la acuicultura en estanques; y,
c) Establecer estándares de gestión industrial para garantizar el desarrollo sostenible de la acuicultura en estanques.
Los investigadores contaron con fondos de la ‘Modern agricultural industrial technology system in China’ (grant NO. CARS‐46) y el National key R & D plan of China (grant NO. 2019YFD0900300) para la realización del estudio.
Referencia (acceso abierto):
Xing Guo Liu Zhengyi Shao Guofeng Cheng Shimin Lu Zhaojun Gu Hao Zhu Hongye Shen Jie Wang Xiaolong Chen. 2020. Ecological engineering in pond aquaculture: a review from the whole‐process perspective in China. Reviews in Aquaculture https://doi.org/10.1111/raq.12512
