Dinámica del fitoplancton en estanques de acuicultura

Las algas coloniales unicelulares crecen suspendidas en el agua de un estanque

La medición de la turbidez del agua en un disco Secchi puede resultar útil para determinar la profundidad de compensación.

Los administradores de estanques son muy conscientes de la importancia del fitoplancton en la acuicultura. Estos organismos son la base de las redes alimentarias naturales y la principal fuente de oxígeno disuelto (OD) en los sistemas de producción de baja intensidad. En la acuicultura basada en piensos, el fitoplancton puede volverse demasiado abundante, lo que resulta en una baja estratificación térmica y un agotamiento nocturno de OD.

La aireación mecánica y la circulación de agua se utilizan para reponer el OD en el agua del estanque y evitar la estratificación. Sin embargo, el fitoplancton es esencial en los estanques de acuicultura intensiva, ya que proporciona oxígeno diurno, ayuda a proporcionar alimento natural para complementar la alimentación, sombrea el fondo para reducir los problemas de malezas y elimina el amoníaco potencialmente tóxico del agua.

Dinámica del fitoplancton

El fitoplancton consiste en algas unicelulares, filamentosas y coloniales que son de tamaño microscópico y crecen en el agua de los estanques. Son ubicuos en el agua superficial y el suelo, y sus cuerpos vegetativos y esporas son transportados por el viento. El fitoplancton no necesita almacenarse en estanques, ya que las algas entran rápidamente en estanques recién llenos desde el suelo y la atmósfera del fondo, incluso si inicialmente están desprovistos de agua. Las células de fitoplancton solo necesitan calor, luz solar y nutrientes inorgánicos para crecer.

Estos nutrientes pueden incluir dióxido de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio, potasio, sodio, hierro, manganeso, zinc, cobre y boro. En la mayoría de los sistemas de acuicultura, los principales nutrientes que limitan el crecimiento son el nitrógeno y el fósforo, mientras que otros suelen encontrarse en concentraciones suficientes.

El fitoplancton es promovido por la fertilización con nitrógeno y fósforo de estanques grandes y semi-intensivos. Grandes cantidades de estos nutrientes ingresan a las aguas de estanques semi-intensivos e intensivos a través de alimentos y heces no comestibles y pueden causar densas floraciones de fitoplancton.

Fotosíntesis

El fitoplancton contiene pigmentos fotosensibles que les permiten convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares simples, recibiendo la energía solar contenida en el azúcar y liberando oxígeno molecular en el agua. Las células de fitoplancton utilizan azúcar fotosintético como fuente de energía para la respiración. En este proceso, el azúcar se oxida de nuevo a dióxido de carbono y agua, liberando energía en una forma biodisponible. En esencia, la respiración es la dirección ecológicamente opuesta a la fotosíntesis.

El azúcar que no se usa en la respiración se convierte bioquímicamente en compuestos orgánicos como almidón, celulosa, aminoácidos, proteínas y grasas que contienen o se almacenan en células de fitoplancton. Estos compuestos representan las sustancias orgánicas que necesitan las bacterias heterótrofas y los animales que se alimentan de células de fitoplancton o sus residuos.

Fotosíntesis, frecuencia respiratoria

La fotosíntesis del fitoplancton y la tasa de respiración se pueden estimar a partir de los cambios en la concentración de OD de las muestras de agua. Esto se puede ilustrar llenando dos botellas transparentes y una botella opaca con agua del estanque. Si es necesario, la botella transparente puede hacerse opaca envolviéndola con cinta negra y / o papel de aluminio.

La concentración de OD debe medirse inmediatamente en una botella transparente llamada botella original. La segunda botella transparente («clara») y la botella opaca («oscura») se incuban en el estanque durante algunas horas, generalmente desde el amanecer hasta el mediodía. A continuación, se retiran las botellas y se mide su concentración de OD.

Imagínese que la botella original contenía 4 miligramos de OD por litro y después de la incubación la botella clara contenía 7 miligramos por litro de OD y la botella oscura contenía 3 miligramos por litro de OD. En la botella de luz, el OD de la fotosíntesis se desarrolló más rápido de lo que la respiración lo consumió porque la concentración de OD aumentó. Para esta fotosíntesis neta, este aumento se puede calcular como la diferencia entre el OD de la luz y las botellas originales, en este caso 3 miligramos por litro.

No entró luz en la botella oscura para apoyar la fotosíntesis, por lo que la concentración de OD disminuyó en respuesta a la respiración. La respiración se puede evaluar restando la concentración de OD en la botella oscura de la concentración en la botella original: 1 miligramo por litro.

La cantidad total de fotosíntesis, o fotosíntesis, se puede estimar sumando la fotosíntesis neta y la respiración o restando la concentración de OD en la botella oscura de la cantidad de OD en la botella clara. Este valor es de 4 miligramos por litro.

Para las botellas incubadas desde el amanecer hasta el mediodía, los cambios en la concentración de OD reflejan la mitad del fotoperíodo diario. Los valores se duplican a lo largo del día. La respiración continuaría por la noche, pero la fotosíntesis no ocurriría debido a la falta de luz. Respirar durante un período de 24 horas sería de 4 miligramos por litro en el ejemplo. Para tener en cuenta la respiración nocturna, el valor de la fotosíntesis de 24 horas debe reducirse en 2 miligramos por litro. Un valor fotosintético neto de 4 miligramos por litro indica el OD disponible para organismos aeróbicos no planctónicos en el estanque.

Luz y fotosíntesis

El efecto de la luz sobre la fotosíntesis provoca fluctuaciones diarias conocidas de OD en los estanques, con la concentración más baja durante el amanecer, un aumento por la tarde y una disminución al final de la tarde y la noche. El aumento de la abundancia de fitoplancton da como resultado concentraciones más altas de OD y concentraciones nocturnas más bajas por la tarde. El agotamiento del fitoplancton tiene el efecto contrario.

Cuando el cielo está despejado, la radiación solar más alta favorece niveles más altos de OD, mientras que los cielos nublados prefieren concentraciones más bajas. Si la temperatura del agua no baja, la capa de nubes no afectará la respiración. La introducción abrupta de turbidez de las partículas del suelo suspendidas después de la precipitación u otras causas reduce la disponibilidad de luz y tiene el mismo efecto sobre las concentraciones de OD que el clima nublado.

La muerte del fitoplancton natural o la introducción de sustancias tóxicas para el fitoplancton reduce la fotosíntesis, pero a menudo aumenta la respiración debido a la degradación bacteriana del fitoplancton muerto. Por tanto, los algicidas como el sulfato de cobre provocan una disminución de la concentración de OD.

Profundidad del estanque y fotosíntesis

La fotosíntesis disminuye con la profundidad de los estanques a medida que la disponibilidad de luz disminuye con la profundidad. La igualdad de síntesis neta y respiración es el punto de compensación (Figura 1).

Figura 1: La profundidad de la fotosíntesis y la igualdad de respiración es el punto de compensación.

Debido a la poca profundidad de los estanques de acuicultura, sus aguas se mezclan completamente por la noche. Si la columna de agua por encima de la profundidad del punto de compensación tiene un exceso de OD del déficit de OD por debajo de esa profundidad, se genera más OD en la columna de agua del que se utiliza. Lo contrario ocurre cuando el déficit de OD por debajo del punto de compensación es mayor que el superávit por encima de él.

Si el estanque genera más OD del que se utiliza en la columna de agua para la respiración, la diferencia está disponible para la respiración de los sedimentos y la respiración de las especies de cultivos. Por supuesto, por la noche, cuando la concentración de OD está por debajo de la saturación, el oxígeno ingresa al agua del estanque por difusión de aire.

El aporte de oxígeno por difusión rara vez supera 1 miligramo por litro durante la noche. No obstante, la difusión puede ser muy importante para prevenir el agotamiento nocturno de OD. Se debe aplicar o aumentar la aireación mecánica si la cantidad de OD generado en la columna de agua y la cantidad generada por difusión es menor que el OD requerido para los sedimentos y las especies de cultivos.

Los estanques deben tener un sitio de compensación donde se evite la penetración de la luz de la superficie en el fondo para causar el crecimiento de malezas acuáticas. La profundidad del punto de compensación generalmente se puede tomar como el doble de la visibilidad del disco de Secchi. Suponiendo que la mayoría de los administradores tienen una visibilidad del disco de Secchi de 30 a 40 cm, la profundidad mínima del estanque debe ser de unos 100 cm para evitar problemas de malas hierbas bajo el agua.

Las algas de la pradera florecen cuando la luz de la superficie llega al fondo del estanque.

Producción de camarón

Algunos productores de camarón han aumentado la tasa de alimentación animal y la alimentación a un nivel tan alto que el agua se convierte en un fitoplancton tan turbio que está limitado por la luz. El oxígeno disuelto se almacena en dichos estanques mediante aireación mecánica intensiva y la columna de agua está dominada por bacterias en lugar de fitoplancton.

Estos sistemas pueden ser bastante estables en términos de calidad del agua, ya que los aireadores retienen el oxígeno disuelto y las bacterias nitrificantes evitan que el amoníaco se acumule a concentraciones tóxicas. Las bacterias en tales sistemas descomponen los desechos orgánicos cuando se alimentan y también son un suplemento para los camarones.

(Nota del editor: este artículo se publicó originalmente en la edición de noviembre / diciembre de 2006 de ).

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