El nitrógeno como factor limitante en la producción acuícola

Los fertilizantes nitrogenados pueden estimular el crecimiento del fitoplancton, aumentar la base alimentaria natural

El TAN del escarabajo de agua y el contenido de fosfato promueven la abundancia de fitoplancton y apoyan la productividad natural en los sistemas de cultivo.

El nitrógeno es esencial para todos los organismos vivos, principalmente porque es un componente de los aminoácidos que forman una proteína. Solo es superado por el fósforo como factor limitante de nutrientes para el crecimiento de las plantas. Las plantas utilizan amonio y nitrato como fuentes de nitrógeno. La proteína de origen vegetal es una fuente de nitrógeno orgánico y aminoácidos esenciales para los animales. Las bacterias descomponen los restos de plantas y animales muertos y dependen del nitrógeno orgánico y los residuos de aminoácidos esenciales.

El nitrógeno molecular constituye aproximadamente el 78 por ciento del volumen de gases en la atmósfera. El agua superficial normalmente contiene de 10 a 15 mg de nitrógeno molecular disuelto por litro. El nitrógeno gaseoso es relativamente inerte y no está disponible como nutriente para la mayoría de los organismos. Sin embargo, algunas cianobacterias y bacterias pueden reducir el nitrógeno molecular a amoníaco, que se utiliza en la síntesis de aminoácidos y proteínas, un proceso llamado fijación de nitrógeno. Los microorganismos que se unen al nitrógeno se convierten en una fuente de nitrógeno vegetal cuando mueren y se descomponen.

Funciones en la producción de agua

La figura 1 muestra el circuito de nitrógeno. Casi todos los aspectos de este ciclo operan en estanques de acuicultura y tienen un impacto profundo en la calidad del agua. Los fertilizantes nitrogenados como la urea o el nitrato de amonio se pueden aplicar a los estanques para estimular el crecimiento del fitoplancton y aumentar la base de alimento natural para la producción de peces o camarones.

Figura 1: Ciclo global del nitrógeno.

La urea es un compuesto orgánico, pero se hidroliza en agua para dar amoníaco y dióxido de carbono. Por supuesto, el fertilizante de fósforo generalmente se usa al mismo tiempo que el fertilizante de nitrógeno. Cuando se aplican fertilizantes orgánicos a los estanques, las bacterias los descomponen y se liberan amoníaco y fosfato.

La producción de animales acuáticos en estanques fertilizados puede ser significativamente más alta de lo que es posible utilizando alimentos de alta calidad que contengan entre un 25 y un 40 por ciento de proteína cruda. Los animales cultivados convierten entre el 20 y el 40 por ciento del nitrógeno del alimento en biomasa. Gran parte del resto se convierte en amoniaco por la liberación de amoniaco por los piensos no comestibles y las heces por la descomposición de microorganismos y cultivos.

El amoníaco en el agua está en equilibrio de pH y temperatura con el amonio. Los métodos analíticos de amoníaco miden tanto el amoníaco como el amonio total o el nitrógeno amoniacal (TAN). La proporción de amoníaco en el TAN se puede calcular a partir de la temperatura y el pH del agua (Tabla 1).

Boyd, Porcentaje de amoníaco no ionizado en agua, Cuadro 1

temperatura de pH
(° C)
16Temperatura
(° C)
20Temperatura
(° C)
24 Temperatura
(° C)
28 Temperatura
(° C)
32

7.2 0,47 0,63 0,82 1,10 1,50
7,6 1,17 1,56 2,05 2,72 3,69
8.0 2,88 3,83 4,99 6.55 8,77
8.4 6,93 9.09 11,65 14,98 19.46
8.8 15,76 20.08 24,88 30,68 37,76
9.2 31,97 38,69 45,41 52,65 60,38

Cuadro 1. Porcentaje de amoniaco no ionizado en aguas con diferentes temperaturas y pH.

El amoníaco es un desecho metabólico que es potencialmente tóxico para los animales acuáticos, pero en las concentraciones presentes en los sistemas de acuicultura, el amonio es esencialmente no tóxico. La toxicidad por amoníaco es más probable a altas tasas de alimentación. La alimentación con TAN y fosfato durante la alimentación aumenta la abundancia de fitoplancton. La fotosíntesis del fitoplancton provoca un aumento del pH, lo que favorece un mayor porcentaje de amoniaco.

El amonio es absorbido por el fitoplancton y otras plantas acuáticas y se convierte en nitrógeno orgánico en el tejido vegetal. La absorción de la planta controla significativamente las concentraciones de TAN, pero el amoníaco se libera tras la muerte y descomposición de la planta. Nitrificación: proceso mediante el cual el nitrógeno amoniacal se oxida a nitrato por bacterias nitrificantes, que es un control importante sobre la concentración de TAN.

Por razones inexplicables, la concentración de nitrito en los títulos a veces aumenta. El nitrito también puede ser tóxico para los animales acuáticos, ya que se absorbe e interfiere con la capacidad de la sangre para transportar oxígeno.

Desnitrificación

La desnitrificación es el proceso por el cual las bacterias que se desnitrifican en el sedimento anaeróbico o el agua respiran oxígeno derivado del nitrato como sustituto del oxígeno molecular. El nitrógeno en nitrato se convierte en nitrógeno molecular y se difunde a la atmósfera. La desnitrificación se lleva a cabo a través de diferentes vías. El amoníaco también es un gas que se puede dispersar en agua. Un estudio de la Universidad de Auburn encontró que la difusión de amoníaco de las presas de acuicultura variaba de 0.01 a 1.00 kg de nitrógeno por hectárea por día. La pérdida de amoníaco fue más rápida en los días ventosos.

La Universidad de Auburn desarrolló un «presupuesto» para el nitrógeno en los estanques de bagres de canal. La alimentación representó el 87,9 por ciento del nitrógeno que ingresó a los estanques. Las cianobacterias y bacterias no fijan nitrógeno cuando abundan el amonio y el nitrato. Los estanques generalmente contenían 1 o 2 mg por litro de nitrógeno de la planta, lo que limitaba significativamente la fijación de nitrógeno. El 31,5 por ciento del nitrógeno introducido en los estanques se eliminó de los peces, el 17,4 por ciento se desnitrificó, el 12,5 por ciento se perdió por difusión de amoniaco y el 22,6 por ciento se acumuló en la materia orgánica del suelo.

Relación C y TAN

Es interesante considerar el efecto de la relación carbono: nitrógeno (C: N) de la materia orgánica sobre la actividad microbiana. La materia orgánica con una relación C: N de 15 o menos generalmente se descompone rápidamente al liberar una cantidad significativa de amoníaco. La materia orgánica con una relación C: N más alta generalmente se descompone mucho más lentamente, liberando poco o nada de amoníaco.

Los microorganismos degradables eliminan el TAN o el nitrato del agua para ayudar a descomponer los residuos con una alta proporción C: N. Como los alimentos acuáticos tienen un alto contenido de nitrógeno y los fertilizantes nitrogenados a menudo se agregan a los estanques de acuicultura, la materia orgánica tiende a degradarse rápidamente y no se acumula en altas concentraciones en los suelos del norte.

Por ejemplo, los humedales naturales a menudo contienen plantas con bajo contenido de nitrógeno. Cuando las plantas mueren, se descomponen lenta e incompletamente. Los suelos de los humedales pueden contener un 40 por ciento o más de materia orgánica. Por el contrario, en los estanques de acuicultura, la concentración de materia orgánica en el sedimento rara vez supera el 6 por ciento.

Normalmente, se aplican de 2 a 8 kg de nitrógeno por hectárea a los estanques fertilizados cada dos a cuatro semanas. El fertilizante de fosfato generalmente se agrega junto con el fertilizante de nitrógeno. En agua dulce, el contenido de fósforo debería ser aproximadamente el doble de la norma de nitrógeno, pero lo contrario es cierto para los estanques de agua salada o salobre. Esta diferencia probablemente esté relacionada con el mayor número de fijadores de nitrógeno en el agua dulce. En el cultivo de camarones, se puede utilizar un fertilizante a base de nitrato de sodio para promover la abundancia de diatomeas.

Pueden ocurrir altas concentraciones de TAN en estanques donde se proporciona alimento preparado a los animales. Aunque el amoníaco rara vez mata a los peces o camarones, las concentraciones de amoníaco y nitrógeno superiores a 0,2 mg por litro pueden causarles estrés y reducir el crecimiento. Las concentraciones de TAN superiores a 2 mg por litro pueden causar niveles de amoníaco potencialmente dañinos en agua tibia por encima de pH 8 (Tabla 1).

El intercambio de agua puede fluir fuera de los estanques TAN, pero esta práctica generalmente no se recomienda ya que puede propagar enfermedades y contribuir a mayores cargas de contaminación en el efluente. La zeolita no es eficaz para eliminar el TAN del agua del estanque y los beneficios de las modificaciones bacterianas y las preparaciones enzimáticas para reducir las concentraciones de TAN son cuestionables. En estanques grandes, generalmente no es práctico reducir el pH del agua del estanque usando ácido sulfúrico o clorhídrico disponible comercialmente para reducir el contenido de amoníaco.

Gestión

Las mejores prácticas de alimentación y alimentación aumentan la proporción de nitrógeno renovable en peces y camarones y reducen la cantidad de amoníaco excretado por los animales de granja. La aireación y la circulación de agua eficientes, que mantienen una concentración suficiente de oxígeno disuelto en la columna de agua y en la interfaz sedimento-agua, aumentan la conversión de nitrógeno orgánico en amoníaco y la oxidación de amoníaco a nitrato por las bacterias nitrificantes.

La toxicidad del nitrito es a veces un problema en el cultivo de peces de agua dulce. El aumento de la concentración de cloruro de sodio con cloruro de sodio es una medida predictiva en la cría de bagres. El cloruro interfiere con la absorción de nitrito de las branquias de los peces. Una concentración de cloruro de aproximadamente 20 veces el contenido de nitrito evita la toxicidad por nitrito. Por ejemplo, los criadores de bagres en Alabama, EE. UU., Tratan de mantener de 50 a 100 mg por litro de cloruro en el agua del estanque como medida de precaución.

(Nota del editor: este artículo apareció originalmente en la edición de marzo / abril de 2008 de ).

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