Pruebas de crecimiento de camarón en diferentes sistemas de biocombustible

Los sistemas quimioautótrofos y heterótrofos proporcionan diferentes fuentes de carbohidratos.

El camarón del Pacífico cultivado en sistemas de biocombustible puede consumir partículas de biocombustible, lo que puede reducir los costos de alimentación durante el reciclaje de nutrientes.

Los camarones y otros animales pueden criarse en sistemas de acuicultura de biofloc con alta densidad y bajo intercambio de agua. El bajo intercambio de agua reduce la necesidad de agua salada, aumenta la bioseguridad y ahorra calor. La tecnología Biofloc no se basa en la filtración biológica externa, sino en la densa comunidad microbiana formada en la columna de agua. Parte de esta comunidad se encuentra dentro y dentro del bioflock, que son pequeñas partículas orgánicas compuestas de secreciones, partículas de alimento, detritos y microbios, todos unidos por secreciones de exopolímeros. La evidencia muestra que los camarones pueden consumir estas partículas, alimentando así con nutrientes y reduciendo los costos de alimentación.

Los sistemas de biocombustibles tienen tres vías para la recuperación de amoníaco: asimilación de algas, oxidación bacteriana quimioautotrófica y asimilación bacteriana heterotrófica. Estos procesos, tal como se aplican a la acuicultura, han sido revisados ​​en detalle por Ebeling et al. (2006). Las algas tienen una absorción limitada de nutrientes, por lo que los sistemas intensivos de biocombustibles suelen estar dominados por bacterias (Brune et al., 2003).

Las bacterias heterótrofas utilizan carbono orgánico como fuente de energía y absorben nitrógeno para formar proteínas celulares. La adición de carbohidratos al agua puede eliminar rápidamente el amoníaco por asimilación heterotrófica. La asimilación bacteriana heterotrófica puede consumir oxígeno disuelto (OD) a una tasa mayor que la nitrificación, y la población bacteriana debe expandirse para asimilar continuamente el amoníaco, lo que resulta en la acumulación de sólidos en la columna de agua. Sin embargo, se ha sugerido que el uso de este método puede ayudar a mejorar la eficiencia del crecimiento del camarón y la conversión alimenticia.

En los sistemas de biocombustibles heterotróficamente dominantes, la fuente de carbono agregada puede afectar el desempeño del sistema o la producción animal. La sacarosa está disponible en muchos mercados debido a su uso en alimentos, se disuelve rápidamente en agua y se ha demostrado que facilita con éxito la absorción de nitrógeno bacteriano. La melaza es un subproducto menos costoso del proceso de producción de sacarosa y puede ser una fuente de carbono adecuada para estimular la asimilación heterotrófica. El glicerol es un subproducto del proceso de producción de biodiesel y se ha demostrado que ayuda a producir biocombustibles potencialmente nutritivos que pueden ayudar a proteger a los animales de infecciones bacterianas con Vibrio harveyi.

Este artículo resume el crecimiento del camarón en la publicación original Aquacultural Engineering 63 (2014) 54-61. Este estudio evaluó las diferencias en el rendimiento del sistema y la producción de camarón entre el sistema quimioautótrofo dominante de nitrificación y los tres sistemas heterótrofos dominantes creados y mantenidos con sacarosa, melaza o glicerol.

Configuración de estudio

Este estudio se realizó en el Centro de Investigación de Acuicultura de la Universidad de Kentucky (Frankfort, KY, EE. UU.) Utilizando 16 tanques de fibra de vidrio (500 L) en un invernadero cubierto con dos capas de película plástica transparente. Cada tanque estaba aireado con difusores cerámicos y un soplador regenerativo, y dado que este estudio se realizó durante el invierno, cada tanque tenía dos calentadores de agua eléctricos de 300 W. Junto a cada tanque de cultivo de camarón había un tanque cilíndrico de 15 litros que se usaba como cámara de sedimentos. El mecanismo de elevación de aire llevó el agua desde el tanque de cultivo de camarón a la cámara de sedimentos, donde la velocidad del agua disminuyó a medida que avanzaba por la tubería de 5 cm de diámetro. El agua clarificada cerca de la parte superior de la cámara fluyó a través del segundo tubo de regreso al tanque de camarones correspondiente.

Vista de los tanques de prueba utilizados en este estudio.

Se obtuvieron larvas de camarones de doce días (Litopenaeus vannamei) de un proveedor comercial y se cultivaron en un camino de 80 m3 a una tasa de 100 camarones / m3 durante 75 días. El agua y los camarones utilizados para el estudio actual se obtuvieron de esta pista. Esta agua se utilizó porque contenía biocombustible (total de sólidos en suspensión = 326 mg / L) y contenía nitrato (6,5 mg NO3-N / L), lo que indica que se había realizado el proceso de nitrificación. El peso (± error estándar) del camarón durante el almacenamiento en este estudio fue de 6,8 ± 0,2 g. Cada tanque de cultivo de camarón recibió 500 l de agua del campo fuente y 150 camarones con una densidad de población de 300 camarones / m3 o 150 camarones / m2. Los camarones se cultivaron durante 56 días y se alimentaron con una dieta comercial de alto volumen. Las redes se utilizaron para controlar el alimento no consumido en los contenedores de vez en cuando. Se utilizó la cantidad de alimento no consumido junto con el aumento de peso semanal y la temperatura para ajustar las tasas de alimentación.

Se probaron cuatro procedimientos para el diseño experimental utilizado. El propósito de la terapia quimioautotrófica (AC) era facilitar la función de las bacterias nitrificantes quimioautótrofas al agregar solo alimento a los tanques. En los otros tres tratamientos, la adición de carbohidratos de forma regular tenía como objetivo favorecer la asimilación del amoníaco por las bacterias heterótrofas. Se añadió sacarosa a un tratamiento heterotrófico (HS). Se añadió melaza al segundo tratamiento heterotrófico (HM). Se añadió glicerol al tercer tratamiento heterotrófico (HG). Los 4 tratamientos se asignaron aleatoriamente a 4 tanques repetidos. Cada tipo de carbohidrato se agregó a tanques heterotróficos dos veces al día, entre comidas. La relación C: N de los insumos (alimento y carbohidratos) fue 22: 1. Como la única fuente de carbono orgánico en los tanques de CA era la alimentación, la relación C: N introducida en estos tanques fue de 8.4: 1.

Se utilizaron cámaras de sedimentos basándose en mediciones de turbidez, que Ray et al demostraron ser un método de control efectivo. (2010a) y el caudal de cada uno fue de aproximadamente 5 l / min. La turbidez se midió en cada tanque cada mañana, y si la turbidez en el tanque era superior a 150 NTU, la cámara de sedimentos de ese tanque funcionaba hasta 1700 h; Cada tanque se utilizó con un contenido de sal de 16 g / ly un volumen de 500 L. Se agregó agua local si era necesario para reemplazar la evaporación. Se añadió agua de mar artificial pura para reemplazar la cantidad de agua eliminada con cámaras de sedimentos.

Una de las cámaras de sedimentación utilizadas en el estudio para eliminar sólidos.

Los procedimientos detallados para la configuración experimental, incluido el análisis químico, los cálculos de demanda de oxígeno y los análisis estadísticos, se pueden encontrar en la publicación original.

Resultados de la prueba

En cuanto al control de C: N, la sacarosa contenía 41% C, la melaza contenía 24% C y glicerol 35% C (pesos húmedos). La alimentación contenía 44,4% C, 5,3% N y 8,6% de humedad. Cada tanque de cultivo de camarón recibió 1.854 g de alimento durante todo el estudio, y los contenedores heterótrofos recibieron una cantidad adecuada de carbohidratos igual a una relación C: N de 22: 1. Las proporciones se calcularon basándose en el peso de los componentes añadidos a los sistemas de cultivo y el contenido de carbono y nitrógeno (alimentación y fuente de carbono) de estos componentes.

En este estudio, se registraron bajas temperaturas, especialmente bajas temperaturas nocturnas, como se refleja en las mediciones matutinas. La concentración de OD, el pH y la salinidad se mantuvieron dentro del rango aceptable para el crecimiento de L. vannamei.

Para la producción de camarón, la media semanal ± SEM de la tasa de crecimiento de camarón fue de 0,7 ± 0,1 g / semana. 0,7 ± 0,0 g / semana en CA / 0,3 ± 0,2 g / semana en HS. En tratamiento HM y 0,6 g / semana. En el tratamiento de HG. No hubo diferencias significativas en la tasa de crecimiento (P> 0.05) entre ninguno de los tratamientos. La supervivencia media ± SEM de los camarones fue de 45,2 ± 3,6 por ciento en el tratamiento CA, 53,2 ± 8,9 por ciento en el tratamiento con HS, 21,6 ± 7,1 por ciento en el tratamiento con HM y 49,2% en el tratamiento con HG. ± 7,3 por ciento. No hubo diferencias significativas en la supervivencia (P> 0.05) entre los tratamientos, excepto por una supervivencia significativamente menor (P <0.05) en HM en comparación con el tratamiento con HS.

Las tasas de crecimiento y supervivencia del camarón en el tratamiento de CA, HS y HG pueden haber mejorado si la temperatura hubiera sido más ideal durante el estudio. Tanto la tasa de crecimiento como la supervivencia fueron inaceptablemente bajas en el tratamiento con HM. Las altas concentraciones de amoníaco en el procesamiento de HM pueden haber contribuido a una producción deficiente de camarón. Además, una rápida disminución de la concentración de OD después de la adición de melaza puede dar lugar a algunas concentraciones letales de OD no detectadas. La rápida disminución de la concentración de OD también puede haber destacado al camarón, que puede contribuir a una producción deficiente. Además, la baja concentración de carbono en la melaza significa que esta fuente de carbohidratos tiene una mayor concentración de componentes inutilizables. Los componentes distintos del carbón pueden estar contaminados con agua y causar cierta contaminación.

El agua en los tanques de prueba cambió de color durante el procesamiento.

La producción de camarón fue similar en el tratamiento de HS, HG y CA, lo que sugiere una potencial equivalencia de estas estrategias de manejo. La adición de carbohidratos, el aumento de la demanda de oxígeno y el aumento de sólidos del procesamiento heterotrófico representan costos quirúrgicos que no fueron factores en el tratamiento quimioautotrófico.

Perspectivas

Los resultados de este estudio sugieren que la administración de sistemas biofocales para funcionar de manera quimiotautrófica puede ser financieramente superior a la función heterotrófica. Sin embargo, las concentraciones de amoníaco y nitrito deben monitorearse de cerca, especialmente durante las primeras semanas de operación del sistema bioflock quimioautotróficamente dominante. Deben explorarse opciones para mitigar los efectos de los compuestos nitrogenados tóxicos, como la adición temporal de una fuente de carbohidratos para aumentar la relación C: N.

La reutilización del agua para varios cultivos, que es esencial para el cultivo de camarón en el interior, aumenta las concentraciones de nitratos. La acumulación de nitrato debe eliminarse, posiblemente mediante desnitrificación. Realizar la desnitrificación en sistemas de biocombustibles conlleva costes adicionales y este coste debe compararse con los de sistemas heterótrofos dominantes. En última instancia, los métodos para gestionar el sistema de biocombustible deben considerar la dinámica del nitrógeno, el oxígeno y los sólidos, así como el potencial para el uso de agua a largo plazo.

Referencias disponibles del primer autor.

Los lectores interesados ​​en cultivar camarones blancos del Pacífico en interiores pueden aprender El video está disponible en YouTube..

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