ACUAPONIA_CON_CAMARÓN_BLANCO_Litopenaeus_vannamei_COMO_FUENTE_DE

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AcuiaACUAPONIA CON CAMARÓN BLANCO Litopenaeus vannamei COMO FUENTE DE AMONIO
Ocean. Pablo Antonio Pintos Terán
Profesor Investigador
Universidad del Mar.
Puerto Ángel, Oax.
acuicola32@hotmail.com
ACUAPONIA CON CAMARÓN BLANCO Litopenaeus vannamei COMO FUENTE DE AMONIO
Los sistemas de acuaponia
El termino acuaponia se refiere a la integración de la acuacultura (cultivo de especies acuáticas) y la hidroponía (cultivo de plantas en sustratos inertes o sin suelo) en un mismo sistema en donde tanto los organismos acuáticos como los vegetales, se benefician el uno al otro. Por un lado, los deshechos de los peces sirven como nutrientes para el crecimiento de las plantas, y estas a su vez, los absorben del agua permitiendo que ésta se encuentre disponible nuevamente para los peces, ya que de otra manera serían tóxicos y no podrían subsistir sin recambio alguno (León, 2013; Rakocy et al., 2006).
Hernan (2009), considera en términos generales que un sistema acuapónico consta de los siguientes elementos tanque de peces (u otros organismos acuáticos), clarificador (o filtro de sólidos), biofiltro, cama(s) de crecimiento para plantas, sistemas de bombeo de agua y sistemas de aireación. Se estima que solo una fracción del alimento para los peces -20 a30%- (Church y Pond, 1982), se metaboliza e incorpora como tejido, mientras que el resto (excreción, alimento no consumido y diluido), se utiliza como nutriente para el crecimiento de las plantas; éstas pueden ser vegetales, frutas o flores (Rakocy 1989).
Estos nutrientes (generados por las heces de los peces, algas y la descomposición de los alimentos), son contaminantes que, si no se remueven, podrían alcanzar niveles tóxicos para los peces, pero dentro de un sistema acuapónico, sirve de fertilizante líquido para el crecimiento hidropónico de las plantas. A su vez, las camas hidropónicas funcionan como un biofiltro, mejorando de esta forma la calidad del agua, que será recirculada nuevamente en los tanques de los peces (Mateus. 2009)
Algunos cuidados que se deben tener en un sistema acuapónico son recuperar constantemente el agua que se pierde por evaporación y vigilar el pH del agua (León 2010; Salinas et. al 2009). Un sistema acuapónico puede funcionar de diferentes formas según su configuración. No obstante existe cierta generalidad para el diseño aplicado a cualquier sistema y puede ser descrita de la siguiente manera (Fig.1).
Remoción de sólidos: la remoción de sólidos en suspensión es llevada a cabo por el filtro mecánico que constituye la parte fundamental del sistema acuapónico. Los sólidos en suspensión pueden, llegar a las raíces de las plantas, taparlas, impidiendo una correcta absorción de nutrientes.
Tanque de peces
Remoción de sólidos
Biofiltro
Sistema hidropónico
Sumidero
Figura 1. Esquema de un sistema acuapónico. Los componentes encerrados con línea puntada pueden ser construidos en un único sistema combinado (Rakocy, 2006)
Biofiltración: La biofiltración cumple con dos objetivos en el sistema acuapónico. Ambos obtenidos a partir de un mismo proceso: la nitrificación. El primero, es el de transformar el nitrógeno amoniacal (NAT) excretado por los peces como deshecho metabólico, en un compuesto menos tóxico para ellos y el segundo, la obtención de un compuesto asimilable por las plantas. Dichos procesos, son realizados por un grupo de bacterias que se alojan en los filtros biológicos obteniéndose como resultado final, nitratos (NO3). Este componente inorgánico es el menos toxico nitrogenado y constituye la forma de nitrógeno asimilada por las plantas (Bernal Melo, s/f)
Sistema hidropónico: Un cultivo hidropónico es un cultivo vegetal en el que no se emplea suelo alguno. Para lograrlo, se emplean diferentes técnicas para la fijación de las plantas, las que mantendrán sus raíces en contacto con una solución nutritiva. Los nutrientes presentes en el agua son absorbidos por ellas a medida que crecen, incorporándose nuevamente a la solución (Caló 2011). 
Las ventajas de la producción hidropónica se presentan a continuación en forma sintética (FAO 2001):
· La planta se encuentra en condiciones óptimas de crecimiento
· Disminución de las distancias de siembra
· Sin enfermedades a nivel de la raíz
· Sin malezas
· Por lo anterior se reduce o se puede eliminar el uso de agrotóxicos
· Mayor producción por unidad de superficie
· Producto diferenciado 
Rakocy (et. al 2006) expresa que la acuicultura es una forma poco utilizada de la producción de alimentos, además que existe la posibilidad de combinar la acuicultura con la hidroponía, lo que aumenta la productividad y reduce residuos, ya que el agua puede ser enviada directamente de regreso al tanque de peces, o pasar primero por un sifón que colecta el agua proveniente de todas las camas de crecimiento, para luego ser llevada nuevamente al tanque de peces y reiniciar el ciclo. Ante esta situación la acuacultura se ha enfocado a minimizar su impacto en el medio ambiente ya que los efluentes producidos por esta actividad contribuyen a la eutrofización de los cuerpos de agua receptores debido al nitrógeno introducido a los sistemas principalmente por la adición de alimentos balanceado e incorporando en la biomasa de camarón, la información que provee el presupuesto de nitrógeno de una granja puede ayudar a identificar áreas o procedimientos de cultivo que permita la reducción del exceso de nitrógeno causante de contaminación (González-Felix, 2006).
En el 2013 León, señala que los sistemas de integración agrícola-acuícola son una alternativa de un desarrollo sustentable y económico y se espera que la acuicultura presente un crecimiento acelerado del 8 al 12 % anual ante la demanda de proteína animal que la población mundial requiere continuamente; obligando a hacer más eficiente este proceso, a través de sistemas de producción de alimentos, sistemas de recirculación, integración y eficiencia que permitan aprovechar al máximo los recursos empleados y de esa manera hacer más sustentable y sostenible la actividad acuícola, agrícola y pecuaria. Y Avalos de la Cruz considera que uno de los principales impactos al ambiente en la producción de peces es causado por liberación de excretas y que para disminuir su impacto en los cuerpos naturales de agua por lo que recomienda reutilizarla, y una alternativa es la acuaponia donde integra la producción de peces y alimentos, considerando uno o más cultivos vegetales, flores y/o hierbas; basado en la recirculación del agua. 
El cultivo de L. vannamei en agua dulce o salobre
Durante años, los productores de Centro y Suramérica observaron que la salinidad en los estanques podía caer drásticamente durante la temporada de lluvias, sin afectar negativamente al crecimiento del camarón L. vannamei (Laramore, 2003).
Esta condición, debida a la tolerancia de esta especie a aguas con baja salinidad hace posible su cultivo en salinidades desde 28,3 ups hasta 0,5 ups. (Rosas, 1999).
Davis et al, 2002 establecen que a pesar de que las técnicas del cultivo de camarón en agua de mar son bien conocidas, éstas no son aplicables necesariamente al cultivo en agua dulce de pozo y que dos aspectos deben ser considerados para que estos cultivos tengan éxito: 1) la identificación de fuentes de aguas con perfiles adecuados en cuanto a la composición iónica y 2) el desarrollo de técnicas apropiadas de aclimatación de las postlarvas.
En la búsqueda de opciones viables para activar la economía de las familias en las costas o cerca de cuerpos de agua, la acuicultura resalta como una de las que deberían ser consideradas, por la viabilidad climática y de recursos hídricos de la región. Sin embargo, las consideraciones tecnológicas no siempre pueden estar a la mano de cualquiera, y se hace necesario adecuar los sistemas de producción a las condiciones locales.
Es sabido que el camarón blanco requiere de ciertas condiciones para su correcto desarrollo, que incluyen parámetros de calidad de agua específicos, tal como lo muestra la tabla 1:
Tabla I. Parámetros básicos de calidad del aguaen el cultivo de camarón*
	PARÁMETRO
	VALOR
	Oxígeno disuelto
	> 4mg/L
	Temperatura
	26-32 ºC
	pH
	7-8
	Amonio no Ionizado (NH3)
	< 0.2mg/L
	Amonio Ionidado (NH4)
	< 2mg/L
	Sólidos totales disueltos (Caco3)
	> 400mg/L
*Tomado y modificado de Rojas et al, 2005.
Agua dura y fisiología del camarón
El hidróxido de calcio (agua dura) en el Cultivo de camarón en agua a muy baja salinidad tiene una gran importancia, ya que se demostrado un incremento en la producción de camarón aplicando dosis de 75 kg/ha de cal, lo cual puede ser atribuido a que a mayor presencia de calcio en el agua, la disposición de este para el metabolismo del camarón es mayor. Ayuda a mantener la reserva alcalina, por arriba de la recomendación mínima para el cultivo de camarón. (C. E. 1990). Greenaway en 1985 concluye que el calcio (Ca) es tomado por el camarón desde el agua circulante y transportado hacia la hemolinfa en donde se retiene y se forman los depósitos llamados gastrolitos en la potsmuda los depósitos de Ca se mueven hacia exoesqueleto. Rukke en el 2002 concluye que las concentraciones menores 5 mg l-1 Cal retardan el endurecimiento del exoesqueleto y el crecimiento en crustáceos y concentraciones de 10mg l-1 permiten normal desarrollo. El calcio es importante para la osmorregulación, el proceso biológico que mantiene los niveles precisos de sales para el corazón, los nervios y la función muscular. También es importante en la muda proceso de camarones y otros crustáceos, y el endurecimiento puede afectar el exoesqueleto recién formado. El hidróxido de calcio aplicado a un estanque favorece la remineralización de los sedimentos, facilitando su incorporación al ciclo biogeoquímicos del estanque. (C. E. 1990). Podemos concluir que es requisito indispensable que para trabajar sin problemas en el cultivo de camarón a muy bajas salinidades (<5 ups), es necesario una dureza del agua (debida al calcio) arriba de 400 ppm.
Factores físico-químicos
Los principales camarones peneidos de importancia comercial en las costas mexicanas están sujetos a diversas salinidades y por lo tanto son especies eurihalinas ya que están asociados al mar, esteros y lagunas costeras en alguna etapa de su ciclo de vida pero su tolerancia y preferencia por bajas salinidades varía según la especie, siendo más sensibles los estados larvales y primeras postlarvas. Así L. vannamei prefiere salinidades de 1 a 8 UPS (salinidad óptima), aunque puede tolerar hasta 40 UPS. Sin embargo a pesar de esta amplia tolerancia, su crecimiento y sobrevivencia en los diversos medios es variable. (Laramore y Scarpa, 1999)
La temperatura óptima de cultivo debe fluctuar entre 27 y 31º C. Por debajo de este rango el crecimiento es lento y arriba de 31º C el animal pierde peso debido al aumento de su metabolismo necesitando consumir más alimento balanceado. (Sánchez, 2005).
El amonio es el principal producto final del catabolismo de las proteínas de peces y crustáceos a través de una serie de procesos metabólicos, es excretado hacia el ambiente por los organismos cultivados y a través de la amonificación de la materia orgánica tal como el alimento no consumido y heces. El amonio en el agua se descompone en amonio ionizado (NH4) y amonio no ionizado (NH3), siendo este último mucho más tóxico. La toxicidad del amoniaco ha sido demostrada que afecta la supervivencia, crecimiento, muda, osmolalidad, consumo de oxígeno, excreción de amoniaco y otros aspectos fisiológicos. Existe un equilibrio entre estas dos formas de amonio, y la clave de este balance la da el pH: Si este por debajo de 8, la forma predominante es la menos tóxica (NH4), pero si el pH del agua está por arriba de 9, entonces comienza a predominar la forma más tóxica (NH3). Por eso debemos poner atención al pH. El nitrito (NO2) es un producto intermedio durante la nitrificación del amoniaco a través de la bacteria oxidante Nitrosomonas, también es tóxico para peces y crustáceos. La acumulación de nitrito en los laboratorios de post-larvas de camarones disminuye la supervivencia de en la metamorfosis larval (Chen, 2003). 
Se deben medir las formas tóxicas de los iones nitrogenados como el amonio no ionizado (NH3) y el nitrito (NO2). La concentración alta de oxígeno y las bacterias nitrificantes son esenciales para que la nitrificación produzca su forma benigna, el Nitrato (NO3) por medio de bacterias tipo nitrobacter. (Sánchez, 2005). En un sistema de recirculación, con biofiltros, lo que va quedando como residuo final y acumulándose, es el nitrato, ya que para su eliminación, se requiere de bacterias anaerobias. Pero recordemos que las raíces de las plantas se alimentan ¡de la absorción de nitratos! Así que si al final de un sistema de recirculación tenemos una sección de plantas, estas podrán limpiar de nitratos y entonces sí, dejará de acumularse en el sistema! Este es el fundamento de los sistemas acuapónicos. Un perfecto equilibrio entre producción animal + desechos + calidad del agua.
Experimento
Objetivos
Objetivo General
Innovar técnicas de cultivo de camarón Litopenaeus vannamei en agua dulce y acuaponia, adecuadas a las condiciones hidrológicas, climáticas y socio-culturales de la región.
Objetivos Particulares
1. Evaluar el crecimiento de Litopenaeus vannamei en agua dulce con diferentes condiciones de dureza.
2. Diseñar e implementar un modelo de acuaponia que relacione el cultivo de camarón con el crecimiento de una planta de buen valor comercial.
3. Desarrollar bases teóricas y operativas para la implementación de proyectos comerciales de sistemas acuapónicos en la región.
Metodología
Se implementó un bioensayo para cultivo de camarón en agua dulce, por triplicado. El sistema consistió en 12 estanques de 150lts, con recambios semanales de agua y suministro de aire por blowers, proveniente del laboratorio de acuicultura de la UMAR. 
Al principio se aclimataron postlarvas de camarón al agua dulce, para posteriormente probar 3 concentraciones de hidróxido de calcio (cal). Se Tomaron diariamente parámetros (salinidad, Oxígeno disuelto, temperatura, pH, Amonio), y se elaboró con ello una base de datos para evaluar finalmente las mejores condiciones de crecimiento y sobrevivencia de los organismos.
Una vez obtenidos estos resultados, se procedió a diseñar un sistema de acuaponia, con camarones adaptados al agua dulce y en las condiciones óptimas que se obtuvieron en el primer sistema, con sus componentes: Contenedor para crecimiento de camarón; contenedor y mineralizador de sólidos disueltos; biofiltro; contenedor para crecimiento de plantas de interés comercial; sistema de recirculación de agua. En este sistema integrado, se evaluará el crecimiento vegetal con base al aporte de nutrientes en el prototipo acuapónico, mediante un balance de masas.
El balance de masas se obtuvo del cálculo de entradas (in puts), definidas en un principio por la cantidad de alimento y el porcentaje de proteína contenida y por las salidas (outputs), definidas por la transformación amoniacal bacteriana de nitrificación. 
NH4+ + 3/2 O2 NO2- + 2H+ + H2O
NO2+ + ½ O2 NO3-
NH2+ + 2O2 NO3- +2H+ + H2O
En donde el amonio producido por los peces, pasa a un filtro de separación de sólidos que a su vez lo concentra. Posteriormente se pasa por un biofiltro, en donde se oxida a nitrito (NO2), por medio de bacterias nitrosomas, como paso intermedio. Después las bacterias nitrobacter transforman el nitrito a nitrato (NO3). Esta especie nitrogenada es la preferida por las plantas para su crecimiento, por lo que se convierte en un filtro biológico que depura el agua. El siguiente paso es retener el agua en un reservorio, y será bombeada al sistema de hidroponía, en donde se tienen los vegetales en crecimiento. Se esperaba que en el retorno del agua hacia el sistema de camarones, la concentración de estas especies nitrogenadas fuera muy poca y se mantenga por debajo de niveles tóxicos. 
Se utilizaron 200 camarones con un peso inicial de 12 gr.A una densidad de 30org/m2 y alimentados con alimento comercial con 35% de proteína y siguiendo las tablas de alimentación estándar con forme al peso de los camarones, iniciando con 3% de la biomasa. Se alimentaban 2 veces al día. Para fines de este experimento, no se realizaron recambios de agua.
RESULTADOS
Efecto de la adición de hidróxido de calcio Ca (OH)2 en el cultivo de camarón en agua dulce.
Los resultados obtenidos con esta metodología, nos permitió concluir que la sobrevivencia y crecimiento de los camarones se da de manera exitosa en agua dulce con dureza elevada. Los datos muestran buenos resultados bajo los parámetros estudiados. Uno de los resultados más relevantes es el encontrar que en todas las concentraciones tratadas, los camarones respondieron de forma muy similar, lo que indica que tienen una excelente respuesta hacia el endurecimiento del agua por carbonatos, que no le afecta aún en concentraciones elevadas. El agua del control se tomó directamente de la toma de agua de las instalaciones, y tenía una dureza inicial elevada, lo que explica que los organismos no tuvieran problemas en el grupo control. Es sabido que los camarones responden bien al crecimiento y sobrevivencia por arriba de 400 mg/l de sólidos disueltos totales (CaCO3), concentración que se tenía aún en el control, tal como se pude observar en la figura 2. La sobrevivencia no se vio afectada por el incremento de la dureza (explicada por la concentración de carbonatos).
%
Figura 2. Sobrevivencia de camarones a diferentes niveles de dureza del agua: Control 500mg/l, Tanque A 700mg/l, Tanque B 900mg/l y Tanque C 1100mg/l
Implementación de un sistema de acuaponia utilizando camarón blanco como fuente de compuestos nitrogenados.
El sistema de acuaponia se logró implementar. Los camarones respondieron favorablemente a las condiciones de recirculación. Los análisis del flujo de energía nos indican que los camarones son capaces de producir suficientes compuestos nitrogenados en forma de amonio (NH4) para que estos sean transformados en los filtros biológicos hasta nitratos (NO3) y entonces puedan ser aprovechados por los vegetales del sistema hidropónico, tal como se explicó anteriormente. Al mismo tiempo, estos. filtros limpian el agua de sólidos suspendidos.
Se procedió a realizar muestreos de calidad de agua en el estanque de camarones, y a la salida de los filtros: Separador de sólidos/remineralizador y del biofiltro, en particular, de las concentraciones de los compuestos nitrogenados (NH4, NH3 y NO3) para observar el comportamiento del sistema de recirculación y observar que estaban trabajando de manera eficiente para un sistema acuapónico. Los valores de O2 se mantuvieron elevados, cercanos a saturación en el estanque de los camarones, como era de esperarse debido a la aireación suplementaria. En el separador de sólidos y el biofiltro la concentración de este gas disminuye por la acción bacteriana y la ausencia de aireación artificial.
El amonio ionizado (NH4) es un compuesto derivado de la excreción de los camarones, por lo que en el estanque se incrementa con el tiempo. Las primeras 4 semanas se estuvieron madurando los biofiltros, en un sistema de recirculación cerrado, por lo que no se incluyó la sección de hidroponía con las plantas. En ese tiempo, los biofiltros se cargaron con las bacterias y las plantas estuvieron germinando a partir de semillas. Se Colocaron a partir de la 5ta semana plantas de pepino y albahaca.
En la gráfica 3 podemos observar que el amonio ionizado (NH4) se dispara por acumulación hasta la 4ta semana en el separador de sólidos/mineralizador, como era de esperarse. En el tanque de camarones se eleva en la 3 semana pero a partir de la 5ta semana se estabiliza. Luego vuelve a subir un poco pero por debajo de concentraciones tóxicas (<2 mg/l). 
Figura 3. Concentraciones de Amonio ionizado (NH4) en las diferentes etapas del sistema acuapónico. Hasta la 5ta semana se instaló la sección de hidroponía (con las plantas).
En la figura 4 observamos el comportamiento del amonio no ionizado (NH3). Vemos que antes de añadir la sección de plantas en la 5ta semana, se disparaban en el separador y en tanque, incluso por arriba de niveles tóxico (>0.2mg/l). Sin embargo al iniciar la absorción de la raíces de los vegetales, sus niveles se controlaron perfectamente a niveles no tóxicos.
Figura 4. Concentraciones de Amonio no ionizado (NH3) en las diferentes etapas del sistema acuapónico. Las primeras 4 semanas se maduraron los filtros y no se contaba con la sección de hidroponía.
En la figura 5 observamos los niveles de nitratos (NO3). Como los anteriores parámetros, los nitratos se acumularon antes de iniciar la fase hidropónica. Una vez que las plantas se incorporaron, sus niveles bajaron, y en el estanque de los camarones, se mantuvo estable en niveles bajos.
Figura 5. Concentraciones de NO3 en el sistema acuapónico, en sus diferentes secciones. Notar que a partir de la 5 semana en que se instaló la sección de hidroponía, los valores de nitratos cayeron considerablemente después de pasar por las plantas y llegar al tanque de los camarones.
Finalmente los camarones mantuvieron su crecimiento hasta los 20gr y sobrevivencia de 85% al final del experimento. Las plantas florecieron y se obtuvieron pepinos y albahaca de buena calidad, aunque los pepinos por las pocas semanas que estuvieron en crecimiento en este experimento, aún no tenían el tamaño para cosecha.
Referencias
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Chen Chu Jiann. 2003. Manejo de desechos nitrogenados de ambientes acuícolas. Vol. 8. 
Davis, D. A.; SAOUD, I. P.; MCGRAW, W. J.; ROUSE,D. B. Considerations for Litopenaeus vannamei reared in inland low salinity waters. Avances en Nutrición Acuícola VI. Memorias del VI Simposium Internacional de Nutrición Acuícola. Cancún, Quintana Roo. 3-6/09. México 73-90 pp. 2002.
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Gonzalez-Felix M., Pérez-Veláquez M. (2006), Un panorama de los presupuestos de Nitrogeno para el cultivo de camarón. Avances de nutrición acuícola VIII, 15-17 noviembre. Mazatlán Sinaloa México. 75 p
Hernán H. G, Ramírez B.D, Sabogal D, Gómez R. E y Rodríguez C.D. (2009). “Montaje y evaluación preliminar de un sistema acuapónico goldfish-lechuga” Universidad Militar Nueva Granada. 5(1), 154-170: http://www.umng.edu.co/documents/63968/70312/MONTAJE.pdf
Laramore, S.; SCARPA, J.; MAcGRAW, B. Concentración de iones requerida para el cultivo de Litopenaeus vannamei en agua dulce. 2003. Panorama Acuícola Magazine. On-line. http://www.panoramaacuicola.com/noticia. phpart_clave=86 22-09-03.
Mateus J. (2009). Acuaponia: Hidroponia y acuacultura, sistema integrado de producción de alimentos. Centro de investigación Tibaitatá-CORPOICA, Colombia.
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Sánchez Dagoberto. Cultivo intensivo del camarón blanco.2005.Control	T A	T B	T C	86.669999999999987	70	80	100	Semanas
1
2
3
4
NO3 (mg/l)
0
5
10
15
20
25
30
35
Tanque 
Separador 
Biofiltro 
Semanas1 2 3 4NO3 (mg/l)05101520253035 Tanque Separador Biofiltro 
Semanas12345678910NH4 (mg/l)
024
6
8
10
Tanque 
Separador 
Biofiltro 
Hidroponia 
Semanas12345678910NH3 (mg/l)0.00.51.0
1.5
2.0
Tanque 
Separador 
Biofiltro 
Hidroponia 
Semanas12345678910NO3 (mg/l)051015202530
35
Tanque 
Separador 
Biofiltro 
Hidroponia 
Semanas
1
2
3
4
NH3 (mg/l)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Tanque 
Separador 
Biofiltro 
Semanas1 2 3 4NH3 (mg/l)0.00.51.01.52.0 Tanque Separador Biofiltro