¿Cuál es el papel de las bacterias en los estanques de acuicultura? “Un abogado global para la acuicultura

Prof Boyd: Se necesitan bacterias para mantener una función ecológica adecuada y una calidad de agua adecuada

Las bacterias pueden mantener el equilibrio ecológico en estanques de acuicultura bien gestionados sin la necesidad de que provengan del exterior. Foto de Darryl Jory.

Los estanques de acuicultura contienen muchos tipos de bacterias y su número total es casi increíble. Aunque las bacterias son organismos pequeños (microscópicos), por lo general entre 0,2 y 10 micrones de longitud, su gran número en el estanque provoca una gran cantidad de biomasa bacteriana. Es probable que 1 hectárea (ha) de estanque de acuicultura contenga 1 tonelada (TM) de contenido de materia seca o más bacterias.

Los organizadores de estanques son conscientes de que hay muchas algas planctónicas en los estanques porque ven las más grandes o un color que da agua mucho más pequeña. Las bacterias están esencialmente fuera de la vista y no se pueden cuantificar con un microscopio, como suelen hacer los farmacólogos con el fitoplancton. Por tanto, el papel de las bacterias en la dinámica biológica de los estanques a menudo se malinterpreta y se pasa por alto.

La mayoría de las bacterias son células esféricas o con forma de bastón y algunos tipos son filamentos. Están presentes libremente en la columna de agua, pero están más suspendidos en la superficie de la materia orgánica. La abundancia de materia orgánica suele ser mayor en el fondo y el subsuelo del estanque. Las bacterias se pueden contar usando números de placa y otros métodos microbiológicos, pero una forma típica de estimar la cantidad de diferentes tipos de bacterias es medir la velocidad a la que usan para el crecimiento de nutrientes, consumen oxígeno durante la respiración y secuestran dióxido de carbono y otros tipos de bacterias metabólicas. Procesos. desperdicio.

Descomposición de sustancias orgánicas.

La mayoría de las bacterias reciben energía al digerir la materia orgánica y necesitan oxígeno molecular (O2) para respirar, que libera la energía necesaria para utilizar la célula a través de la oxidación. Estas son bacterias aeróbicas obligatorias porque no pueden vivir sin oxígeno. Otras bacterias, llamadas bacterias anaeróbicas obligatorias, no pueden sobrevivir a la presencia de oxígeno. Algunos tipos de bacterias funcionan en condiciones aeróbicas o anaeróbicas; estos se denominan bacterias opcionales.

La columna de agua del estanque, el agua dentro y alrededor del sedimento recién depositado y el agua en los poros del suelo del fondo bajo la relación entre el suelo y el agua de los estanques no estratificados térmicamente son generalmente aeróbicos (contienen oxígeno disuelto ). Las bacterias en las zonas aeróbicas descomponen la materia orgánica, oxidándola a dióxido de carbono, agua, amoníaco, fosfato y otros compuestos inorgánicos. Este proceso es importante porque evita la acumulación de grandes cantidades de materia orgánica (en su mayoría fitoplancton muerto) en el fondo del estanque y recupera los nutrientes asociados a la materia orgánica.

La velocidad de descomposición de la materia orgánica por las bacterias aeróbicas en el suelo del suelo consume oxígeno disuelto en el agua de los poros del suelo más rápido de lo que se puede llenar mediante la difusión del oxígeno disuelto de la columna de agua y la infiltración de agua enriquecida con oxígeno en el fondo. El suelo del estanque se vuelve anaeróbico (deficiente en oxígeno) a una profundidad de unos pocos milímetros desde su superficie. La degradación no se detiene en ausencia de oxígeno, sino que la llevan a cabo bacterias anaeróbicas que funcionan sin oxígeno.

Fermentación

Algunas bacterias anaeróbicas degradan la materia orgánica por fermentación, en la que la oxidación de la materia orgánica es posible mediante la transferencia de electrones liberados durante la oxidación de compuestos orgánicos, en lugar de llevarlos al oxígeno molecular, como se hace mediante la respiración aeróbica. Un ejemplo clásico de fermentación es la producción de alcohol, en el que el azúcar (glucosa) se fermenta en alcohol y dióxido de carbono. Al parecer, la digestión del azúcar no se descompone por completo debido a la formación de un compuesto orgánico (alcohol). De hecho, durante la fermentación, solo alrededor de un tercio del dióxido de carbono en el azúcar se convierte en dióxido de carbono en la producción de alcohol etílico, y el resto se convierte en alcohol. Hay muchos otros métodos de fermentación que no dan como resultado alcohol etílico. Sin embargo, todos ellos producen algunos compuestos orgánicos y no oxidan completamente las sustancias orgánicas a dióxido de carbono y otras sustancias inorgánicas.

Bacterias quimiotróficas

La degradación microbiana de la materia orgánica no se detiene durante la fermentación. Es importante; porque si esto no sucediera, los subproductos orgánicos de la fermentación se acumularían en grandes cantidades. Esto se debería al hecho de que el pH de los sedimentos sería tan bajo que inhibiría la fermentación. En ausencia de oxígeno molecular, algunos otros tipos de bacterias utilizan oxígeno de compuestos inorgánicos, como nitrato, óxidos e hidróxidos de hierro y manganeso, sulfato y dióxido de carbono, como electrones en el oxígeno molecular. Estos organismos se denominan bacterias quimiotróficas y oxidan la materia orgánica, incluidos los compuestos orgánicos de la fermentación, a dióxido de carbono y nutrientes minerales.

Además del dióxido de carbono, las bacterias quimiotróficas también producen varios metabolitos. Las bacterias que usan nitrato como fuente de oxígeno producen nitrógeno gaseoso (y, bajo ciertas condiciones, amoníaco o nitrito) mediante un proceso conocido como desnitrificación. Las bacterias que usan compuestos de hierro y manganeso como fuentes de oxígeno liberan hierro y manganeso manganeso (formas químicamente reducidas), sulfuro que usa sulfato y bacterias metano que usan dióxido de carbono.

El color oscuro debajo del suelo del fondo del estanque es evidencia del hierro producido por las bacterias reductoras de hierro. El sulfuro producido por bacterias reductoras de sulfato puede detectarse por el olor a huevo podrido del sulfuro de hidrógeno. El nitrógeno gaseoso de la desnitrificación y el metano de la reducción de CO2 se descomponen en agua y luego en aire.

El dióxido de carbono, nitrito, amoníaco, hierro, manganeso, manganeso y sulfuro producidos por bacterias quimiotróficas también se difunden desde el fondo del suelo hacia la columna de agua. El hierro y el manganeso, el nitrito y el sulfuro reducidos se pueden oxidar en la columna de agua por reacción con el oxígeno disuelto en procesos puramente abióticos (químicos). Algunas bacterias también pueden acelerar la oxidación de estas sustancias. Estas bacterias, llamadas bacterias quimioautótrofas, utilizan la energía liberada al oxidar compuestos inorgánicos reducidos como amoniaco, nitrito, hierro, manganeso, manganeso y sulfuro para producir la energía que utilizan para reducir el dióxido a azúcar simple. En otras palabras, las bacterias quimioautótrofas pueden modificar la materia orgánica a través de vías no fotosintéticas. Sin embargo, la cantidad de materia orgánica sintetizada por estos organismos es insignificante para la cantidad producida por el fitoplancton y otras plantas acuáticas en los estanques.

Nitrificación, cianobacterias

El proceso quimioautotrófico más importante en los estanques es la nitrificación. En este proceso, las bacterias del género Nitrosomonas oxidan el amoníaco a nitrito y las bacterias del género Nitrobacter a nitrito. Este proceso reduce la acumulación de amoníaco potencialmente tóxico en el agua del estanque, pero elimina el oxígeno disuelto del agua y libera acidez (iones de hidrógeno), que neutraliza la alcalinidad y reduce el pH. La nitrificación es una de las razones por las que los estanques con una alcalinidad naturalmente baja deben tratarse periódicamente con piedra caliza agrícola para mantener una alcalinidad suficiente en la acuicultura. Gran parte del nitrato formado por nitrificación en estanques se convierte en nitrógeno gaseoso por desnitrificación en sedimentos anaeróbicos.

Algunas bacterias, y especialmente las cianobacterias (a menudo llamadas cianobacterias), pueden reducir el gas nitrógeno en el agua del estanque a amoníaco, que luego se utiliza en la síntesis de proteínas. Estos microorganismos eventualmente mueren y se descomponen mediante la liberación de amoníaco en el agua. Contrariamente a la creencia popular, el proceso de fijación de nitrógeno en estanques de acuicultura no es muy importante.

Perspectivas

La actividad bacteriana oxida mucha materia orgánica en los estanques, pero parte de la materia orgánica es duradera y se descompone lentamente. Por lo tanto, la materia orgánica tiende a acumularse en el fondo del estanque con el tiempo. Después de unos años, a veces hay suficiente materia orgánica en el fondo del estanque para descomponerse, liberando suficiente nitrógeno amoniacal en el agua para mantener densas floraciones de fitoplancton (asumiendo suficiente fosfato). En los estanques de alimentación, la liberación de nitrógeno amoniacal en los estanques se ve ensombrecida por la respiración del cultivo, y la descomposición de los alimentos frescos no consumidos y las heces eclipsa la liberación de amoniaco de la materia orgánica.

También es importante comprender que la descomposición de materia orgánica fresca de piensos no comestibles, heces y fitoplancton muerto durante el cultivo tiene una necesidad mucho mayor de oxígeno disuelto que la materia orgánica más vieja, donde la fracción más degradable ya está oxidada. Por lo tanto, puede haber una falta de oxígeno disuelto en el fondo (y la columna de agua) de un nuevo estanque si la demanda de oxígeno de materia orgánica fresca excede la entrada de oxígeno de fuentes naturales y aireación mecánica.

Las bacterias y otros microorganismos de degradación son esenciales para mantener una función ecológica adecuada y una calidad de agua adecuada en los estanques. La dinámica de la calidad del agua de los estanques de acuicultura se puede caracterizar como dominada por el efecto combinado de las algas y bacterias planctónicas. Afortunadamente, tanto las bacterias como las algas planctónicas son comunes en la naturaleza con fines prácticos. Mantienen el equilibrio ecológico en estanques de acuicultura debidamente gestionados sin necesidad de ellos desde el exterior.

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