Una revisión científica destaca el uso de modelos a escala de fincas para fortalecer el enfoque ecosistemico de la acuicultura.
Los modelos son importantes herramientas para resolver los desafíos asociados con la sostenibilidad de la acuicultura a escala de granja, regional y global.
Los modelos a escala de finca o granja (FSMs, por sus siglas en inglés), que integran modelos matemático desarrollados para simular las operaciones de las granja, pueden cuantificar la energía, los flujos de biomasa o económicos, y predecir una variedad de resultados como la biomasa de pescado, los desechos y los subproductos.
La variedad de sistemas acuícolas de cultivos, las ecuaciones disponibles para construir los modelos, y los objetivos de aplicación y los usuarios ha resultado en la publicación de un amplio rango de modelos a escala de granja.
Un equipo de investigadores de Wageningen University and Research, Università IUAV di Venezia (Italia) y de la University of Montpellier (Francia) realizaron una revisión científica que comprendió el período 1985-2021 para discutir los avances, limitaciones y las líneas futuras de investigación vinculadas a los modelos a escala de granja, para ayudar a seleccionar los modelos existentes, o desarrollar nuevos, que sean adecuados para el uso previsto y los usuarios.
Importancia de los modelos a escala de finca
Los modelos pueden ser usados como herramientas de investigación para describir sistemas reales complejos en objetos conceptuales, revelar propiedades del sistema, establecer prioridades de investigación, probar hipótesis científicas y ayudar a diseñar experimentos.
Asimismo, los investigadores reportan que los modelos también se pueden utilizar como herramientas de gestión y apoyo a la toma de decisiones basadas en el análisis de escenarios, si los escenarios son predictivos, exploratorios o normativos.
De acuerdo con el enfoque ecosistémico para la acuicultura, propuesto por FAO, las herramientas diseñadas a escala de finca deben enfocarse en evaluar las externalidades de insumos y productos, mejorar la gestión, facilitar el cálculo del presupuesto y la estimación de la producción teórica máxima de la finca, y evaluar la viabilidad de la acuicultura multitrófica integrada (IMTA).
Asimismo, las herramientas a escala de granja también son percibidas como útiles para la zonificación de la acuicultura y la selección de la ubicación, la gestión del área y, más específicamente, para evaluar la capacidad de carga ecológica y el cumplimiento de las regulaciones.
Comprender las interacciones y los procesos físicos, biológicos, ecológicos y económicos que ocurren entre los muchos componentes de un complejo sistema, se puede facilitar mediante el modelado de estos procesos, como es el caso de los modelos a escala de finca.
Los autores del estudio definen los modelos a nivel de finca como “modelos matemáticos dinámicos integrados desarrollados para simular operaciones de cultivo en un sistema de cultivo determinado, durante un período definido (desde unas pocas semanas hasta un ciclo de cultivo completo), para cuantificar los flujos de energía, masa o insumos económicos (por ejemplo: agua, alimento, alevines, dinero) y el uso de operaciones en el sistema, que produce biomasa de pescado, y otros flujos de salida, incluido los desechos y subproductos.
Ellos destacan que su definición se concentra en los procesos que ocurren dentro de los límites de la granja, excluyendo así muchos de los efectos de campos acuícolas cercanos y lejanos, que requieren considerar los procesos ambientales a escalas más grandes.
Primer paso en el desarrollo de modelos a escala de finca
El primer paso en el proceso de desarrollo de un modelo a escala de finca consiste en definir la pregunta de investigación y los objetivos del estudio, conceptualizar el sistema y definir el contexto bajo estudio (por ejemplo: tipos de técnicas de cultivo, especies de peces y ecosistemas).
El modelamiento de una piscigranja puede ser útil para responder a una variedad de preguntas biológicas, ecológicas, ingeniería, gestión, económicas y ambientales.
En los modelos a nivel de finca, las preguntas específicas están diseñadas para estimar o optimizar tres tipos de rendimiento:
- biotécnico (crianza),
- económico, o
- ambiental.
Las preguntas biológicas y ecológicas más comunes incluyen respuestas de conocimiento (por ejemplo: crecimiento, supervivencia), e interacciones (por ejemplo; alimentación, respiración, excreción) de las poblaciones de peces en cultivo dentro de un ambiente de crianza.
Las preguntas de ingeniería están relacionadas principalmente a la planificación del diseño de la instalaciones para reducir el riesgo y garantizar el bienestar y crecimiento de los peces. Esto incluye la selección de la ubicación para los estanques, para predecir la productividad de la piscigranja como una función de las características ambientales.
Por su parte, las cuestiones económicas tienen que ver con encontrar la escala, la tecnología, los recursos, el cronograma y las prácticas más económicamente eficientes (por ejemplo: calentar el agua, tasas de alimentación, mantener el nivel de oxígeno disuelto) para minimizar los costos de producción, maximizar los ingresos a un nivel aceptable de riesgos.
Los temas ambientales suelen estar relacionados con la predicción y la minimización de los impactos relacionados con los nutrientes de una instalación determinada o la comparación de estos impactos entre escenarios o sistemas. Los modelos a nivel de finca también pueden ayudar a estimar la eficiencia en el uso de los recursos, en particular para la energía fósil y los insumos para piensos, y así cuantificar otras formas de presión sobre el medio ambiente.
Modelo conceptual de una piscigranja
Un modelo conceptual del sistema (por ejemplo: una piscigranja) es una forma fácil para visualizar y resumir como un sistema trabaja.
La conceptualización es uno de los primeros pasos del proceso de modelamiento que muestra y resume los componentes clave de un sistema real, como estos componentes están vinculados por procesos y que datos (entradas) son necesarios para simular estos procesos. Después de definir el contexto de estudio, las preguntas y los objetivos se realiza la conceptualización.
En los modelos a escala de finca, el sistema de la piscigranja usualmente es representada a tres niveles de organización: peces de forma individual, la cohorte o unidad de crianza, y la granja. En términos operativos, esto se traslada en la integración de diferentes módulos para simular procesos específicos a cada nivel.
Sistemas de cultivo y ecosistemas de acogida
El tipo de sistema de cultivo y los ecosistemas estudiados influyen fuertemente en los procesos que deben simularse en el modelo y las variables estables deben ser incluidas.
Los principales tipos de sistemas de piscicultura pueden ser clasificados a lo largo del gradiente de la intensidad de crianza, desde sistemas extensivos, como los estanques seminaturales y otros sistemas abiertos (por ejemplo: jaulas), a sistemas semicerrados o cerrados intensivos.
La gestión y las operaciones acuícolas varían mucho entre los diferentes sistemas acuícolas, lo que requiere considerar procesos específicos del sistema en cada modelo.
Especies
Dependiendo de las especies de peces bajo estudio, se puede esperar un grado variado de conocimiento y datos disponibles.
Los modelos a escala de finca estudiados por los investigadores hacen referencia a especies y áreas de producción que no son representativas de la acuicultura mundial.
Usualmente los modelos a escala de granja fueron desarrollados y aplicados para las especies más relevantes para la región de los investigadores. Las especies más estudiadas fueron la lubina (Dicentrarchus labrax) y la dorada (Sparus aurata), y la mayoría de los modelos fueron desarrollados por equipos de investigadores europeos.
Segundo paso: proceso de formulación y selección del modelo
El segundo paso del desarrollo de modelos a escala de finca se vinculan a los procesos de formulación y la selección del modelo, que consideran la elección de variables estables, las ecuaciones disponibles para modelar los procesos relevantes y las asunciones y desafíos asociados con cada modelo alternativo.
Las razones para la elección del modelo deben ser explícitas y dependerá del contexto bajo estudio, los objetivos, la disponibilidad de datos y la complejidad o generalidad deseada, entre otros.
Tipos de modelos y criterios para la selección del modelo
Una característica esencial que diferencia los modelos es la distinción entre los modelos empíricos y mecanísticos. Elegir un enfoque empírico vs mecanístico en un modelo a escala de finca puede influenciar grandemente las propiedades del mismo.
Los modelos empíricos (también llamados descriptivos, estadísticos, cuantitativos o fenomenológicos) describen modelos observados usando ecuaciones y parámetros que han sido fijados estadísticamente.
Por su parte, los modelos mecanísticos (también llamados teóricos) se basan en teorías sobre los procesos que se cree que subyacen a los fenómenos.
El límite entre los dos tipos de modelo a veces es estrecho, debido a que es común incluir ecuaciones empíricas en los modelos mecanísticos para mejorar el ajuste entre las observaciones y las simulaciones.
Los modelos empíricos son generalmente más simples, más fáciles de calibrar y más rápidos de ejecutar. Sin embargo, su desventaja es que tienen menos flexibilidad y poder predictivo.
Los investigadores prefieren los modelos empíricos para construir los modelos a nivel de finca cuando el conocimiento de los procesos es bajo, como para nuevas especies o entornos. Además, los modelos empíricos se usan con frecuencia como enfoque inicial.
Procesos y modelos a nivel individual
Los modelos de crecimiento de los peces frecuentemente representan la cantidad y calidad del alimento. Debido a que el tamaño del cuerpo y la temperatura del agua son drivers clave de la capacidad de los peces para ingerir y asimilar el alimento, frecuentemente los modelos de crecimiento incluyen estas variables.
Los modelos a nivel individual desarrollados para los peces pueden ser clasificados en cuatro familias:
- funciones de crecimiento simples,
- modelos bioenergéticos tradicionales,
- modelos de Presupuesto Energéticos Dinámicos, y
- modelos nutricionales.
Por otro lado, el enfoque de modelamiento usado para estimar la cantidad de alimentos ingeridos por los peces depende fuertemente del modelo de crecimiento usado en el modelo a escala de granja.
Tercer paso: implementación y evaluación del modelo a escala de finca
El tercer paso del desarrollo de un modelo a escala de finca incluye parámetros de estimación y evaluación del modelo, junto con apropiados análisis de sensibilidad e incertidumbre.
Los valores de los parámetros pueden ser tomados directamente de la literatura científica, medidos en experimentos u obtenidos por calibración.
Una vez que se obtienen los parámetros y, opcionalmente, calibrados, el modelo debe ser evaluado de acuerdo a los objetivos. Esta evaluación puede ser cualitativa o cuantitativa.
Conclusiones
Esta es la primera revisión científica de los modelos a escala de finca para el cultivo de peces, en donde se han cubierto múltiples especies, sistemas y aplicaciones.
El estudio incluye modelos desarrollados para explorar los aspectos de la producción, ambiental o económico de la piscicultura, además como herramientas que apoyen aplicaciones innovadoras como modelamiento del IMTA, gestión espacial de la acuicultura y análisis del ciclo de vida.
“Nosotros proveemos recomendaciones para validar y analizar la incertidumbre de los modelos a nivel de finca, basados en los métodos usados en otros dominios científicos”, informan los investigadores.
El estudio fue financiado por French Ministry of Agriculture and Food, el French Ministry of the Sea e IFREMER a través del proyecto MOCAA (Modelling ecosystem assimilation capacity for sustainable aquaculture 2020–2021).
Contacto
Killian Chary,
Wageningen University and Research,
De Elst 1, Building 122,
6708 WD Wageningen, The Netherlands.
Email: killian.chary@wur.nl; killian.chary@gmail.com
Referencia (acceso libre)
Chary, K, Brigolin, D, Callier, MD. Farm-scale models in fish aquaculture – An overview of methods and applications. Rev Aquac. 2022; 1- 36. doi:10.1111/raq.12695
