Impacto Ambiental, Nutrición, Sistemas de Cultivo

Tecnología biofloc como parte de un sistema acuícola sostenible

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By Milthon Lujan

Una descripción esquemática de la economía circular potencial considerada dentro de la evaluación del ciclo de vida de la tecnología biofloc.  Fuente: McCsuker et al., (2023)
Una descripción esquemática de la economía circular potencial considerada dentro de la evaluación del ciclo de vida de la tecnología biofloc. Fuente: McCsuker et al., (2023)

La tecnología biofloc ofrece un método más eficiente del control de los parámetros de calidad del agua, bioseguridad y gestión de los alimentos. Esta tecnología aprovecha la comunidad microbiana en la columna del agua para asimilar los desechos nitrogenados y el fósforo.

En este contexto, los investigadores de la University of Galway y de la National University of Ireland publicaron una revisión científica sobre las bases de la tecnología biofloc e identificaron áreas para la innovación y expansión.

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Según los investigadores, la investigación en acuicultura en biofloc es dominada por estudios usando tilapia y camarones, pero la tecnología puede ser aplicada a otras especies, particularmente especies que son tolerantes a las condiciones de biofloc y no son carnívoros.

“El estudio servirá como una base de conocimiento útil de información BFT para estudiantes, investigadores y partes interesadas por igual, ofreciendo una fuente central de los principales aspectos relacionados con el cultivo de biofloc, parámetros clave, especies comunes utilizadas, áreas de mejora potencial y una discusión. sobre dónde puede estar el futuro de BFT”, reportan los científicos.

Concepto de la tecnología biofloc

El estado inicial de la tecnología biofloc incluye la colonización de microalgas autotróficas que se caracterizan por dar un color verde al agua. Conforme el sistema madura, un mayor número de organismos heterotróficos aeróbicos, por ejemplo, bacterias, rotíferos, copépodos, hongos, protozoos y nematodos, se establecen para formar redes alimentarias complejas.

Los desechos producidos en un sistema de acuicultura pueden ser categorizados como sólidos o disueltos:

  • Los desechos sólidos incluyen a los alimentos no consumidos, materia orgánica muerta, y heces, e incluye a sólidos suspendidos y asentados.
  • Los desechos disueltos hacen referencia a los subproductos producidos por el metabolismo o la descomposición.
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Los desechos sólidos y disueltos son continuamente transformados por procesos microbianos en los sistemas de producción.

Aspectos claves considerados en biofloc

Para crear un ambiente de cultivo óptimo para el biofloc, varios parámetros clave deben ser considerados, monitoreados regularmente y mantenidos.

Tabla 01. Resumen de los parámetros clave y rangos ideales para la tecnología biofloc.

ParámetrosRango idealConsideraciones clave
Temperatura28 – 30 oCTemperaturas por debajo de 20 oC pueden afectar el crecimiento de la comunidad microbiana, además de impactar a las especies de cultivo.
Oxígeno disuelto>4 mg L−1  
≥ 60%
saturación
La aireación debe ser ajustada de acuerdo a la biomasa de las especies cultivadas.
pH6.8 – 8 (agua dulce)
7.8 – 8.4 (agua salobre y marina)
Salir del rango ideal puede dar lugar a una serie de respuestas biológicas (p. ej., acidosis y alcalosis sanguíneas, que inducen estrés en el animal y suprimen el rendimiento del crecimiento) y efectos químicos (p. ej., toxicidad por amoníaco y toxicidad y solubilidad por especiación de metales).
Alcalinidad100–150 mg L−1Las bacterias autótrofas y heterótrofas consumen carbonatos como fuente de carbono inorgánico dentro del sistema de biofloc; por lo tanto, la capacidad de amortiguamiento debe monitorearse y ajustarse si es necesario.
Nitrógeno amoniacal total<1 mg L−1A medida que aumenta el pH, el amonio pierde un ion H+ y se convierte en amoníaco, que es considerablemente más tóxico para los animales acuáticos; por lo tanto, este parámetro debe permanecer cercano a cero. Si este parámetro aumenta, es posible que se necesiten carbohidratos adicionales para estimular el crecimiento de microorganismos.
Nitrito0Se ha demostrado que el nitrito causa varios problemas fisiológicos en las especies acuáticas cultivadas, por ejemplo, desequilibrios iónicos en las células de intercambio, oxidación de la hemoglobina a metahemoglobina, aumento del ritmo cardíaco y aumento de la retención de agua en los riñones.
Nitrato<20 mg L−1Los niveles de nitrato de <20 mg L−1 se consideran seguros para la mayoría de los organismos acuáticos; sin embargo, niveles de hasta 200 mg L-1 también pueden ser seguros para ciertas especies de peces. A niveles superiores a 400 mg L-1, se han informado problemas morfológicos, así como tasas de crecimiento y supervivencia drásticamente reducidas.
Ortofosfato<20 mg L−1El fosfato no se considera directamente tóxico para un ecosistema acuático o el animal de granja; sin embargo, una alta concentración puede provocar el crecimiento de cianobacterias dañinas. La eliminación de P de la columna de agua también se puede atribuir a la recaptación microbiana, aunque es un proceso más lento que la eliminación de N.
Sólidos sedimentados y sólidos suspendidos totales5–15 mL L−1 
100–300 mg L−1 (TSS)
La falta de suspensión y agitación en un sistema BFT puede crear una región anaeróbica en el tanque que conduce a un consumo rápido de oxígeno disuelto, que a su vez puede liberar gases nocivos como amoníaco, sulfuro de hidrógeno y metano, todos los cuales son letalmente tóxicos para los animales de granja. especies de peces y camarones.
Fuente: McCusker et al., (2023)

Importancia de los microorganismos y el zooplancton en el biofloc

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Los sistemas biofloc están principalmente compuestos de micro/macroalgas autotróficas, microorganismos aeróbicos heterotróficos y zooplancton. Los microorganismos presentes en el biofloc son determinados por las especies endémicas del entorno de cultivo, los microorganismos de las especies cultivadas y los aportes de nutrientes al inicio.

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La comunidad de microorganismos en el biofloc es esencial para el éxito del ciclo de cultivo. En el biofloc, las relaciones comensales y mutualistas ocurren con frecuencia entre bacterias-microalgas y bacterias-bacterias, que se manifiestan principalmente en las paredes laterales del tanque o dentro del biofloc.

Requerimientos para la establecimiento de la comunidad del biofloc

Un sistema de biofloc se inicia cada vez que se agrega una fuente de carbohidratos al agua de cultivo en una relación C:N de inicio alta 10 – 20:1. Esta acción promueve la actividad de los organismos heterótrofos y prepara el sistema para la eliminación eficiente de metabolitos nitrogenados y residuos de desecho de fósforo.

En esta etapa, el sistema se puede inocular con microorganismos iniciadores probióticos, según las preferencias. Durante el desarrollo del biofloc, los microorganismos pasan por una serie de sucesiones hasta llegar a una composición comunitaria estable.

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Muchas fuentes de carbohidratos han sido promovidas y evaluadas en sistemas de biofloc. Una de las fuentes de carbohidratos más populares actualmente es la melaza.

Un sistema biofloc puede ser considerado maduro cuando el nivel de los sólidos suspendidos alcanzan los 5 mL L-1. En esta etapa, es innecesario continuar “alimentando” el sistema a una tasa C:N de >12:1; en este momento es necesario cambiar a una tasa de mantenimiento de 8 – 12:1, dependiendo de los niveles de TAN y los mecanismos de filtración.

Producción de sustancias indeseables en los bioflocs

Si bien la comunidad microbiana del biofloc es capaz de eliminar cantidades significativas de desechos nitrogenados, también es posible que se liberen metabolitos indeseables en el sistema de cultivo.

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Las cianobacterias y especies como Actinomycetes sp. pueden liberar metabolitos no deseados. Se conoce que los géneros como Oscillatoria, Phormidium, Planktothrix y Symploca liberan el compuesto monoterpénico: geosmina y 2-metilisoborneol.

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Estos compuestos son responsables del sabor a tierra en los peces y crustáceos cultivados en agua dulce. Esto puede generar que los consumidores no acepten los productos y conducir a un menor valor de mercado.

Conclusión

La tecnología biofloc puede ofrecer muchos beneficios a los acuicultores, como por ejemplo la reducción del impacto ambiental, reducción de los costos de producción y mejores producciones.

No obstante, el uso de la tecnología esta restringida a regiones tropicales y subtropicales, en donde predomina las altas temperaturas que sostienen las rápidas tasas de crecimiento en la comunidad microbiana.

La expansión de la acuicultura en biofloc requiere que se superen varias áreas, particularmente en lo relacionado al entrenamiento, el escalamiento de las granjas comerciales, y la desinformación con respecto a la salud y calidad de los productos.

En resumen, los investigadores destacan que los siguientes puntos deben abordarse en el futuro:

  • Tecnologías y diseños para reducir el costo del calentamiento del agua para el funcionamiento del biofloc.
  • Reproductibilidad del biofloc.
  • Optimización de cultivos iniciadores.
  • Refinar la demanda de las tasas C:N en diferentes sistemas de biofloc.
  • Optimización de las fuentes de alimentación.
  • Calidad de los recursos de entrenamiento.
  • Desinformación en la salud y calidad del producto.
  • Propiedades de mejora del microbioma intestinal del biofloc.
  • Estudios del ciclo de vida para desarrollar una imagen general de sostenibilidad de la tecnología biofloc.
  • Estudios para abordar las emisiones de gases de efecto invernadero.

Contacto
Alex H. L. Wan
Aquaculture and Nutrition Research Unit
Carna Research Station, Ryan Institute and School of Natural Sciences
College of Science and Engineering, University of Galway
Carna, Connemara, Co. Galway
H91 V8Y1, Ireland.
Email: Alex.wan@universityofgalway.ie

Referencia (acceso libre)
McCusker, S., Warberg, M.B., Davies, S.J., Valente, C.D.S., Johnson, M.P., Cooney, R. et al. (2023) Biofloc technology as part of a sustainable aquaculture system: A review on the status and innovations for its expansion. Aquaculture, Fish and Fisheries, 00, 1– 22. https://doi.org/10.1002/aff2.108

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