La nitrificación en la acuicultura es un proceso importante

La nitrificación consume oxígeno, es fuente de acidez

En la nitrificación, las bacterias Nitrosomonas oxidan el amoníaco a nitrito. Las nitrobacterias luego oxidan el nitrito a nitrato. Debido a que estas especies coexisten, el nitrito generalmente se oxida tan pronto como aparece, pero a veces se acumula en los sistemas de acuicultura.

La nitrificación es un proceso natural de purificación del agua en el que ciertas bacterias se oxidan y convierten el amoníaco potencialmente tóxico en nitrato no tóxico. Este proceso es particularmente importante en estanques de acuicultura y sistemas de recuperación de agua, donde el amoníaco puede alcanzar concentraciones que son dañinas para peces y camarones.

Proceso de nitrificación

La nitrificación es un proceso de dos pasos en el que una familia de bacterias Nitrosomona oxidar amoníaco o amonio a nitrito y bacterias de género Nitrobacter oxidar el nitrito a nitrato. Sest Nitrosomona y Nitrobacter ocurren juntos, el nitrito generalmente se oxida tan pronto como aparece. Por razones bien conocidas, el nitrito a veces se acumula en los sistemas de acuicultura.

Cuando los peces y otros organismos acuáticos ingieren nitrito, junto con la hemoglobina, puede causar toxicidad por metahemoglobina o nitrito, a menudo conocida como enfermedad de la sangre marrón. También es de destacar que la nitrificación consume oxígeno y es una fuente de acidez ya que libera iones de hidrógeno.

Los nitrificantes utilizan una pequeña parte de la energía liberada por la oxidación del amoníaco a nitrato para reducir el carbono inorgánico en dióxido de carbono a carbono orgánico. Los nitrificantes pertenecen a un grupo de bacterias quimioautótrofas que pueden sintetizar materia orgánica mediante un proceso no fotosintético.

Fuentes de amoniaco

Los fertilizantes y los alimentos acuáticos son fuentes de amoníaco en los sistemas de acuicultura. En la Tabla 1 se dan los porcentajes típicos de nitrógeno en los fertilizantes de amonio. Es posible que algunos no reconozcan la urea como fertilizante de amonio, pero cuando se coloca en agua, la urea se hidroliza rápidamente a amoníaco y dióxido de carbono.

Los fertilizantes se aplican a los estanques en cantidades relativamente pequeñas y las concentraciones de amoníaco no suelen llegar a niveles tóxicos. El fitoplancton absorbe el amonio de los fertilizantes y la luz se convierte en nitrógeno orgánico. Cuando el fitoplancton muere, se descompone y libera amoníaco.

Una pequeña parte del nitrógeno del fertilizante se puede convertir en nitrógeno orgánico en la biomasa de peces o camarones a través de la red alimentaria. Sin embargo, gran parte del amoníaco que se agrega a los estanques en los fertilizantes está nitrificado. La nitrificación no reduce los beneficios de la fertilización, ya que el nitrato es una fuente de nitrógeno para el fitoplancton y otras plantas.

Piensos, residuos de nitrógeno

Los peces y los camarones suelen consumir la mayor parte del alimento disponible. Gran parte del alimento consumido se absorbe en el intestino del animal y se integra en la biomasa del animal, y el resto se excreta en las heces. Los piensos y las heces no comestibles se descomponen y liberan dióxido de carbono, amoníaco y otros nutrientes inorgánicos. Todo el nitrógeno del alimento que no se extrae de la biomasa puede liberarse al agua en forma de amoníaco.

La concentración de proteína cruda en los alimentos acuícolas varía de menos del 25 por ciento a más del 40 por ciento, y el pescado y los camarones contienen típicamente de 14 a 18 por ciento de proteína cruda. El nitrógeno y la proteína cruda en el alimento y el pescado pueden relacionarse usando la siguiente ecuación.

% De proteína cruda =% de nitrógeno x 6.25

Considere producir 1000 kg de pescado con 15 por ciento de proteína cruda (2,40 por ciento de nitrógeno) en un estanque de 2000 metros cúbicos utilizando 2000 kg de alimento con 32,00 por ciento de proteína cruda (5,12 por ciento de nitrógeno). El aporte de nitrógeno sería de 102,4 kg (2000 kg de alimento x 0,0512) y se eliminarían del pescado 24,0 kg de nitrógeno (1000 kg de pescado x 0,024). Por lo tanto, se pueden liberar hasta 78,4 kg de nitrógeno en el agua amoniacal (102,4 kg de nitrógeno en el pienso – 24,0 kg de nitrógeno en los peces). Este ejemplo, que muestra el 23,40 por ciento del nitrógeno en la alimentación separado de la biomasa, es bastante típico, pero se puede lograr una recuperación de hasta el 40,00 por ciento.

Si un estanque de 2000 metros cúbicos acumulara todos los residuos potenciales de nitrógeno de 2000 kg de alimento, la concentración total de nitrógeno amoniacal alcanzaría los 39,2 mg por litro. Dependiendo de la especie y del pH y la temperatura del agua, las concentraciones totales de nitrógeno amoniacal de 2,0 a 10,0 mg por litro pueden ser tóxicas. Afortunadamente, la nitrificación y otros procesos naturales, como la volatilización del amoníaco, la absorción de microorganismos y la pérdida de eflujo, evitan que la concentración de amoníaco alcance su máximo potencial.

Nitrificación y acidez

El nitrato no es tóxico, pero la nitrificación consume oxígeno disuelto y puede ser una fuente importante de acidez para neutralizar la alcalinidad. La nitrificación puede proporcionar del 30 al 40 por ciento de la demanda de oxígeno.

Los fabricantes de fertilizantes informan la acidez de los fertilizantes de amonio como carbonato de calcio, que es necesario para neutralizarlo (Cuadro 1). Una tasa de aplicación típica de urea en estanques es de 50-100 kg / ha / cosecha. Estas tasas pueden dar una acidez equivalente a 80,5-160,0 kg de carbonato cálcico / ha / rendimiento. Esta cantidad de acidez puede ser un problema grave en agua con una alcalinidad total de menos de 20 mg por litro. Es necesario el encalado periódico para evitar la baja alcalinidad en algunos estanques fertilizados.

Boyd, concentración de nitrógeno, Tabla 1

Fertilizante Nitrógeno (%) Acidez potencial
(kg de carbonato de calcio /
100 kg de fertilizante)

Urea 45 161
Nitrato de amonio 34 118
Sulfato de amonio 20 151
Fosfato de diamonio 18 97
Polifosfato de amonio 13 72
Fosfato monoamónico 11 79

Cuadro 1. Concentración de nitrógeno y acidez potencial de fertilizantes convencionales.

Tratamiento con carbonato de calcio

La entrada de nitrógeno cuando se alimenta a los estanques suele ser mucho mayor que con fertilizantes nitrogenados. La cantidad de carbonato cálcico necesaria para neutralizar la posible acidez de la alimentación se puede calcular utilizando la siguiente ecuación.

Equivalencia de carbonato de calcio del pienso (kg) = entrada de pienso (kg) x% de proteína cruda en el pienso x 0,011285

En un estanque que produce 5000 kg de camarón / ha / cosecha, utilizando un alimento que contiene 35% de proteína cruda y logrando una tasa de conversión alimenticia de 2.0, el equivalente de carbonato de calcio del alimento sería 4498 kg / ha. En un sistema de recuperación de agua que recibe 1000 kg por día de alimento que contiene 30 por ciento de proteína cruda, el equivalente de carbonato de calcio sería de 385 kg / ha / día. En los sistemas intensivos, especialmente los sistemas de recuperación de agua, la nitrificación puede provocar alcalinidad y una rápida disminución del pH. Puede ser necesario el uso frecuente de materiales de encalado.

La nitrificación es un proceso natural y las bacterias nitrificantes son comunes. No es necesario agregar nitrógeno a los sistemas de acuicultura, pero el inicio de la nitrificación en sistemas cerrados, especialmente en sistemas marinos, puede acelerarse mediante la siembra con nitrógeno. Varias empresas venden cultivos de bacterias nitrificantes para tales aplicaciones.

La nitrificación puede tener lugar a pH bajo, pero se logra mejor cerca de pH 8. Por lo tanto, a menudo es necesaria la aplicación regular de materiales de encalado para mantener una nitrificación efectiva. Las bajas concentraciones de oxígeno disuelto también se asocian con bajas tasas de nitrificación. Las concentraciones de amoníaco en estanques de oxígeno disuelto crónicamente bajos durante la noche suelen ser más altas que en estanques con concentraciones de oxígeno disuelto más altas durante la noche. Se requiere una aireación mecánica adecuada para asegurar una nitrificación eficaz.

Nitrititoxicidad

En los sistemas de agua dulce, la toxicidad del nitrito se puede neutralizar utilizando cloruro de sodio para aumentar la concentración de cloruro. El cloruro bloquea la absorción de nitrito en las branquias de los peces y otros animales acuáticos. Una proporción de 20: 1 de cloruro a nitrito generalmente previene la toxicidad del nitrito. En agua salobre y sistemas marinos, el nitrito es menos problemático.

Los sistemas de acuicultura heterotrófica intensiva contienen densas conchas bacterianas en lugar de abundantes floraciones de fitoplancton. Estos sistemas no tienen concentraciones de amoniaco muy elevadas. El amoníaco se elimina del agua y se agrega a la biomasa microbiana, pero también hay altas tasas de nitrificación.

(Nota del editor: este artículo se publicó originalmente en la edición de mayo / junio de 2007 de ).

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