Cómo afecta la descomposición de la materia orgánica a los estanques de acuicultura

Las bacterias son los principales organismos en la descomposición de los sistemas de acuicultura.

Las bacterias, ubicuas en ambientes terrestres y acuáticos como esporas, células en reposo o células en crecimiento activo, son los principales organismos en la descomposición del sistema de acuicultura, incluida su materia orgánica. Foto de Darryl Jory.

En la acuicultura, la materia orgánica se alimenta a los estanques directamente en el estiércol (estiércol animal, pasto y desechos agrícolas) y alimento. También se produce por fotosíntesis del fitoplancton y otras plantas acuáticas. Estas plantas mueren y sus restos se convierten en materia orgánica muerta.

La materia orgánica es el alimento de muchos animales pequeños en el agua y los sedimentos, y las bacterias y los hongos descomponen la materia orgánica. Una pequeña cantidad de materia orgánica se convierte en cuerpos de pequeños animales, bacterias y hongos, pero la mayor parte se oxida a compuestos inorgánicos, principalmente dióxido de carbono y amoníaco. La mayor parte de la energía de la materia orgánica, que es consumida por los animales de granja y no se excreta en las heces, se oxida mediante la liberación de dióxido de carbono, amoníaco y otras sustancias inorgánicas. El resto es biomasa de animales de granja.

Las sustancias orgánicas que ingresan al agua son inicialmente sólidas y, cuando son lo suficientemente grandes, las partículas se depositan en el fondo. De lo contrario, permanecen suspendidos en agua como partículas sólidas. Las sustancias orgánicas, sedimentadas o suspendidas, se lixivian con agua utilizando sustancias solubles. Esto da como resultado una sustancia orgánica que es soluble en la columna de agua.

Las partículas se descomponen en partículas más pequeñas por la acción mecánica de las corrientes de agua hasta que se vuelven lo suficientemente pequeñas como para ser consumidas por pequeños animales y microorganismos en descomposición. Las bacterias crecen en la superficie de las partículas de materia orgánica en el agua y los sedimentos. También pueden liberar enzimas extracelulares que descomponen la materia orgánica en fragmentos más pequeños que pueden absorber. Las bacterias y los hongos también pueden absorber la materia orgánica disuelta del agua.

El papel de las bacterias

Las bacterias son los principales organismos en la degradación de los sistemas de acuicultura. Son ubicuos en ambientes terrestres y acuáticos como esporas, células en reposo o células en crecimiento activo. Cuando se aplica materia orgánica fresca a un hábitat con una concentración inicialmente baja de materia orgánica y actividad bacteriana, las bacterias reaccionan rápidamente a este sustrato (alimento) y su número aumenta a medida que el sustrato se descompone.

Las bacterias se multiplican durante la fisión binaria, en la que una célula simplemente se divide en dos células, las dos células se vuelven a dividir, y así sucesivamente. El tiempo entre divisiones puede ser de solo una o dos horas y las células proliferan exponencialmente. También utilizan el sustrato a una tasa que aumenta exponencialmente. La fracción fácilmente degradable del sustrato disminuye en respuesta a la degradación microbiana, suponiendo que no se apliquen más. El crecimiento microbiano se ralentiza y cuando se agota el sustrato fácilmente degradable, la población bacteriana disminuye a niveles bajos.

Por supuesto, si se agrega más sustrato, se repite el proceso descrito anteriormente. El patrón de crecimiento bacteriano en el medio se muestra en la Figura 1.

El crecimiento bacteriano se ve afectado por varios factores. Estos son: humedad adecuada; temperatura (30 a 35 grados C es probablemente ideal); condiciones ligeramente alcalinas (el pH 7,5-8,5 suele ser óptimo); suministro de oxígeno molecular (para bacterias aeróbicas); sustrato suficiente, fácilmente degradable.

Los estanques de acuicultura suelen tener un entorno excelente para la descomposición de la materia orgánica. Hay mucha humedad. La mayor parte de la acuicultura en estanques se lleva a cabo en zonas tropicales, subtropicales o templadas, donde la temperatura del agua es lo suficientemente alta para una rápida actividad microbiana durante todo el año o durante al menos siete u ocho meses al año. Si los estanques son naturalmente ácidos, se les permite calizar para mejorar el pH y los estanques pueden proporcionar una gran cantidad de oxígeno disuelto en la columna de agua y en la interfase sedimento-agua.

Materia orgánica en el fondo del estanque

La materia orgánica añadida a los estanques de acuicultura suele ser de buena calidad para la degradación microbiana. El pienso se elabora con alimentos vegetales y animales de alta calidad, cuya relación carbono: nitrógeno es necesaria para la rápida descomposición de los microbios.

El material vegetal acuático muerto tiene un contenido de fibra relativamente bajo porque el agua compra estas plantas y no necesitan mucho material celular (celulosa, semicelulosa y lignina) como estructura de soporte. El fitoplancton, en particular, tiene una relación de carbono a nitrógeno baja. El estiércol es de una calidad mucho menor que el forraje o las plantas acuáticas muertas y su proporción de carbono: nitrógeno es mayor que la de otras formas de materia orgánica añadidas a los estanques.

Sin embargo, todavía hay una cantidad significativa de materia orgánica fácilmente degradable en el estiércol. En algunos estanques también se proporciona fertilizante nitrogenado y se puede eliminar de las bacterias en el agua para facilitar la descomposición de la materia orgánica.

La materia orgánica está formada por carbohidratos, proteínas y grasas fácilmente degradables, pero también tiene fibra y otros componentes más degradables. La materia orgánica fácilmente degradable (fracción lábil) generalmente oxida las bacterias casi por completo durante el período de cosecha. Al drenar los estanques, se barre una cantidad significativa de materia orgánica volátil del fondo del efluente.

La degradación de la materia orgánica en los suelos del norte se produce aún más cuando los estanques se dejan en barbecho entre cultivos durante dos o tres semanas. La materia orgánica restante de descomposición más lenta se llama materia orgánica refractaria. Esto rara vez es un problema en los estanques de acuicultura. La materia orgánica fresca y lábil que se agrega durante la cosecha causa la mayor parte de la demanda de oxígeno y muchos problemas de calidad del agua en los estanques.

La profundidad de los sedimentos en los estanques donde no se eliminan los sedimentos aumenta con el tiempo, provocando un aumento gradual en la cantidad total de materia orgánica en el fondo del estanque, aunque la concentración de materia orgánica permanece bastante constante. Foto de Darryl Jory.

La concentración de materia orgánica en el fondo del estanque tiende a aumentar ya durante los primeros cultivos producidos en nuevos estanques, pero pronto alcanza el equilibrio, generalmente a una concentración de 2 a 3 por ciento de carbono orgánico (alrededor de 4 a 6 por ciento de materia orgánica) . Como resultado, la materia orgánica en el fondo del estanque alcanza una concentración que es suficiente para que la descomposición anual de los residuos de materia orgánica en el sedimento sea igual a la entrada anual al sistema. En los estanques donde no se eliminan los sedimentos, la profundidad del sedimento aumenta, provocando un aumento gradual en la cantidad total de materia orgánica en el fondo del estanque, aunque la concentración de materia orgánica permanece bastante constante.

Los sedimentos afectan la calidad del agua del estanque, pero esta interacción solo ocurre en los centímetros superiores. Además, el oxígeno disuelto penetra en el sedimento solo unos pocos milímetros, y si la capa superficial es aeróbica (con suministro de oxígeno), el sedimento del fondo es anaeróbico (sin oxígeno).

La actividad microbiana en el sedimento anaeróbico continúa, pero consiste en una fermentación que libera dióxido de carbono, alcoholes, aldehídos, ácidos orgánicos y cetonas. La fermentación no oxida completamente el carbono orgánico a dióxido de carbono. Sin embargo, hay otras bacterias que pueden utilizar oxígeno de nitrato, óxidos de hierro y manganeso, e hidróxidos, sulfato y dióxido de carbono como alternativa al oxígeno molecular para la respiración. Estas bacterias oxidan completamente el carbono orgánico a dióxido de carbono (o metano para organismos que pueden usar oxígeno del dióxido de carbono).

La tasa de degradación de la materia orgánica lábil ocurre a tasas aproximadamente iguales en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. La materia orgánica refractaria se descompone de manera más lenta y menos completa que la materia orgánica lábil. Los metabolitos tóxicos formados bajo condiciones anaeróbicas normalmente no ingresan a la columna de agua cuando la capa superficial del sedimento es aeróbica. Además, una concentración de oxígeno disuelto de 3-4 mg / lo más en el agua del estanque facilita la oxidación del amoníaco a nitrato por las bacterias nitrificantes quimioautótrofas. La presencia de oxígeno disuelto también promueve la oxidación del sulfuro ferroso y otras sustancias reducidas en el sedimento.

La aireación mecánica es una medida de control importante para mantener niveles adecuados de oxígeno disuelto y promover la descomposición de la materia orgánica. Foto de Darryl Jory.

Perspectivas

La degradación de la materia orgánica causa problemas de calidad del agua para la mayoría de las especies acuícolas, creando demanda de oxígeno y liberando amoníaco, un metabolito potencialmente tóxico, en el agua. En particular, se requiere un pH aceptable (7.5-8.5) y una gran cantidad de oxígeno disuelto para la descomposición eficiente de la materia orgánica en las presas de acuicultura.

En estanques no carbonatados, el contenido de materia orgánica no debe exceder la cantidad de oxígeno disponible de fuentes naturales. Esto puede comprobarse controlando la concentración de oxígeno disuelto; por la noche y especialmente al amanecer, la concentración no debe caer por debajo de 3-4 mg / l. En estanques de aireación, la tasa de aireación debe ser proporcional a la tasa de alimentación. La concentración de oxígeno disuelto generalmente se puede mantener por encima de 4 mg / l aplicando aproximadamente 1 hp de aireación por cada 10 kg / ha de aumento por día. Otra regla general para las tasas de aireación es la aireación de 1 hp por cada aumento de biomasa vertical de 300-400 kg / ha.

Muchos piscicultores y camaroneros disfrutan del uso de cultivos bacterianos vivos en estanques. No hay ninguna razón científica lógica por la que esta práctica sea eficaz. Si las bacterias aún no oxidan la materia orgánica y el amoníaco de manera eficiente, es porque las condiciones ambientales naturales, como la temperatura o el pH, no son suficientes o el aporte de materia orgánica excede la capacidad natural o de aireación para suministrar oxígeno disuelto. Tampoco hay evidencia experimental de que el uso de cultivos bacterianos mejore la calidad del agua.

Deja un comentario