El arte de la producción acuícola sustentable
Índice del artículo
- 1 El arte de la producción acuícola sustentable
- 2 El uso de Biofloc en Acuicultura
- 3 Composición de los sistemas Biofloc
- 4 Ventajas y desventajas de los sistemas Biofloc
- 5 Inoculación del estanque para sistemas Biofloc
- 6 Principales especies piscícolas cultivadas en los sistemas de Biofloc
- 7 Papel Probiótico de los Sistemas Biofloc
- 8 Productividad económica de los Sistemas Bio-floc
- 9 REFERENCIAS CONSULTADAS
- 10 Galería de Tecnología Bio-flocs
La tecnología de bio-floc o biofloc, es la tecnología que permite el cultivo de organismos acuáticos tales como peces o crustáceos en un ambiente dominado por microorganismos. Estos microorganismos se aglutinan en bioflóculos que resultan muy convenientes.
Los bioflóculos prestan ciertos servicios beneficiosos a la calidad del agua, la alimentación y a la salud de los organismos de cultivo.
Sistema de producción camaronera con bio-floc o biofloc.
El sistema biofloc o "técnica Bio-floc" es el conjunto bioflóculos formados por bacterias protozoos, fitoplancton y zooplancton. Se genera en los tanques preparando el agua con anterioridad a la siembra. Se añaden ciertas substancias en la preparación del aguas tales como sales de amonio, pellet pulverizado, bicarbonato sódico, salvado de arroz o trigo, melaza, etc.
Bioflóculos del Bio-floc o biofloc.
Origen del Bio-floc o Sistema Biofloc
El trabajo clave que dio inicio al estudio de la tecnología fue el de Azam et al. (1983). En este se hace un acercamiento al papel y la dinámica que cumplen los microorganismos en un sistema acuático natural.
En este sentido, estos autores plantean el aprovechamiento por el “microcosmos acuático”, del carbono dispuesto en el agua en condiciones ricas en nitrógeno. Comprobando así, que las bacterias fijan carbono como fuente de energía y aprovechan el nitrógeno para la síntesis de proteínas.
Cono Imhoff Imagen Bioaquafloc.
Las explicaciones dadas a las interacciones de ese pequeño cosmos en ambientes acuáticos naturales dieron inicio a investigaciones. Estas buscaban contrarrestar la acumulación de compuestos nitrogenados, como amonio y nitritos, en los sistemas de producción de especies acuáticas. Así nació el concepto de bio-floc.
El uso de Biofloc en Acuicultura
El continuo desarrollo de la acuicultura mundial requiere de nuevas estrategias y alternativa para alcanzar la sustentabilidad.
Camarones consumiendo bioflóculos en sistema biofloc.
El incremento de la demanda por alimentos de origen acuático ha llevado a la intensificación de las densidades de cultivos acuícolas. Esto tiene serias implicaciones ambientales por los efluentes que se genera.
Hace más de 30 años Steve Serling descubrió el potencial de la tecnología biofloc (BFT) en la cría de tilapia. Desde entonces se han llevado a cabo múltiples estudios al respecto. Tanto en ambientes naturales como en sistemas acuícolas.
Los microorganismos desempeñan un papel fundamental como:
- Productores y consumidores de oxígeno disuelto.
- Reciclando nutrientes.
- Produciendo alimento para organismos mayores.
Sistema biofloc en estanque.
Ante esto, se ha generado la necesidad de desarrollar sistemas de cultivo acuícolas sustentables. El cultivo de peces en sistemas de bio-floc o sistema biofloc es una derivación de los sistemas de recirculación de agua. Se caracteriza por no utilizar ni filtros mecánicos, ni biológicos convencionales y tampoco recirculación.
Los residuos orgánicos generados en la producción (heces, mucus de los peces y sobras de las raciones) son desintegrados y mantenidos en suspensión dentro de los propios tanques. Sirviendo así, como sustrato para el desarrollo de las bacterias heterotróficas.
Importancia Tecnología del Biofloc
La Acuicultura como actividad económica del hombre necesita de nuevas técnicas avanzadas que reduzcan gastos de producción. La alimentación es una de las limitantes, es uno de los costos fijos más difíciles de comprar en el rubro de la acuicultura. Representa el 70% de los costos totales de la producción de dichos cultivos acuícolas.
Sistema comercial de cultivo de langostinos en bio-floc o biofloc.
La necesidad del recurso del agua en la industria acuícola es indispensable para la producción. Para ello los avances de nuevas técnicas bio-floc permiten reducir grandes cantidades de agua, siendo sostenible con el medio ambiente.
Composición de los sistemas Biofloc
Como se mencionó anteriormente, los flóculos de los sistemas bio-floc o biofloc, están formados por fito-plancton, bacterias y agregados de materia orgánica.
El floculo está constituido por:
- 60 a 70% por materia orgánica (de la cual del 2 al 20% son células microbianas).
- 30 a 40% por materia inorgánica.
Complementado con lo reportado en un trabajo realizado en estanques de camarones, donde encontraron que los flóculos estaban constituidos por:
- 24,6% de fitoplancton, compuesto por diatomeas como Thalassiosira, Chaetoceros y Navicula.
- 3% de biomasa bacteriana de la cual 2/3 eran gran negativos y 1/3 gram positivos.
- 33,2% de detritus.
- 39,25% de ceniza.
Un mínimo porcentaje de protozoos entre los cuales se halló:
- 98% de flagelados.
- 1,5% de rotíferos.
- 0,5% de amebas.
Vista microscopio de bio-floc o biofloc.
Las especies bacterianas dominantes que están presentes en los Bioflocs incluyen:
- Proteobacterium.
- Especies de Bacillus y Actinobacterium.
- En menor cantidad como Roseobacter sp. y Cytophaga sp.
Estos microrganismos fueron los responsables de mantener la calidad del agua mediante la fijación de nitrógeno en proteína microbial.
Ventajas y desventajas de los sistemas Biofloc
Ventajas de los sistemas Biofloc o bio-floc
Cero recambio de agua
El biofloc o bio-floc es una tecnología de cero recambio de agua. Una vez se llenan los tanques no existe renovación. La única pérdida de agua es por evaporación, normalmente un 2% diario en días calurosos.
Recambio de agua en cultivo de tilapia.
El agua de bio-floc o del sistema biofloc, contiene microorganismos que son el corazón de esta tecnología. Si nos deshacemos del agua estamos tirando dinero y flóculos que suponen una maquinaria biológica importantísima para el cultivo.
Sistema de producción de tilapia con Biofloc.
Con respecto a la acuicultura tradicional, los sistemas bio-floc puede suponer un 95% de ahorro de agua. Este hecho es importante en lugares con escasos recursos hídricos.
Transformación de carbohidratos y desecho en alimento
El sistema BFT poseer algunas desventajas como alto costo en energía eléctrica, instalación y costos operacionales. Sin embargo, las especies en cultivo de peces y camarones presentan mayores tasas de crecimiento debido a la ingesta de microbiano suspendido. Esto permite que exista mejor aprovechamiento del alimento suplementario y así poder utilizar raciones con menor contenido proteico.
Recolección de bioflóculos en biofloc.
Con esta tecnología se logra que microorganismos que alimentarán el cultivo de organismos acuáticos transformen:
- Los restos de alimento.
- Heces.
- Sustancias tóxicas producto del metabolismo, como el amonio y el nitrito.
Sistemas Bio-floc genera una importante acción probiótica a los organismos de cultivo
El cultivo en bio-floc presenta una acción de fortalecimiento del sistema inmune de los organismos. Entre las bacterias que conforman el biofloc se encuentran algunas que actúan como probióticos, como las del género Bacillus o Lactobacillus.
Muestreo en cultivo camaroneros.
El Bio-floc también denominado “biofloc biotecnológico” o “biofloc probiótico” presenta las siguientes ventajas estratégicas:
- Considerado como una estrategia para el control de enfermedades por su potencial como probiótico, cuyos compuestos bioactivos se han identificado.
- Mejora las tasas de supervivencia.
- Desarrolla y estimula algunos mecanismos de defensa del sistema inmunológico innato de los peces y camarones.
Los sistemas de Biofloc permiten trabajar con elevada densidad de cultivo
El sistema bio-floc permite cultivar peces y crustáceos a elevadas densidades debido a la falta de estrés por:
- Abundancia de alimento.
- Oxígeno en agua.
- Condiciones ambientales similares a las naturales.
Cosecha de camarones en sistema de bio-floc.
A continuación se indican las densidades de cultivo en distintos sistemas:
- Camarón en extensivo: se produce de 2 a 5 y máximo 10 por metros cuadrados.
- Camarones por metros cuadrados con bio-floc: se pueden producir a densidades superiores a 250 camarones por metros cuadrados sin ningún inconveniente.
- Existen cultivos en investigación de hasta 600 camarones por metros cuadrados con bio-floc.
Recolección de camarones o cosecha.
Lo mismo sucede con tilapia:
- Cultivo tradicional: se cultivan de 5 a 15 tilapias máximo por metros cúbicos.
- Con bio-floc: se puede llegar a densidades por encima de los 35 y 40 individuos por metros cúbicos.
Con el sistema biofloc se tienen las siguientes ventajas:
- Existe mucho más alimento: bioflóculos compuestos de zoo y fitoplancton.
- Disponible las 24h en el tanque.
- Los organismos de cultivo no sufren estrés por búsqueda de alimento.
Para el cultivo de tilapia y camarón es importante airear constantemente. Para mantener unas condiciones de niveles de oxígeno por encima de 5-6 mg/L. Esto hace que los organismos no se encuentren en condiciones de estrés por falta de oxígeno.
Los sistemas de Biofloc aumentan crecimiento de los animales y corta el tiempo del ciclo de engorde
Los bioflóculos suponen un excelente alimento para los organismos acuáticos. Estos pueden alimentarse de ellos continuamente hasta saciarse debido a que están presentes en el agua de manera constante. Como consecuencia de ello los organismos experimentan un aumento de crecimiento.
En la fase de pre-engorde el bio-floc es muy beneficioso porque ofrece a alevines y post-larvas una gran variedad de presas vivas.
Experimentos de pre-engorde en biofloc con tilapia y camarón han arrojado resultados espectaculares en el aumento de las tasas de crecimiento, disminución de mortalidad y beneficios en bioseguridad.
Los sistemas de bio-floc pueden presentarse conversión de 1 ó incluso inferior. Otra consecuencia que los organismos dispongan de alimento vivo todo el tiempo permite que los ciclos de engorde se acorten.
Beneficio económico de los sistemas de Biofloc
Los sistemas de biofloc se pueden cultivar a una muy alta densidad en comparación a los sistemas tradicionales.
Cosecha de camarones en sistema biofloc.
Si tomamos como ejemplo el cultivo del camarón.
Si usted decide cultivar camarón en extensivo en una hectárea inundada y cosecha 15 g, tendrá una producción de 1,5 toneladas en un ciclo de 5 a 6 meses.
Con bio-floc en la misma superficie producirá, mínimo 35,5 toneladas en 4 meses, probablemente más porque el factor de conversión del alimento se reduce, digieren mejor e ingieren más alimento. Esto supone unas 23 veces más que el sistema convencional.
Hay un importante ahorro en alimento agua y espacio además de otros insumos como antibióticos. Esto se traduce en un importante ahorro económico que supone un atractivo importante para acuicultores que cultivan en sistemas convencionales.
Sistema de bio-floc en cultivo de Langostinos.
Por otra parte, el sistema bio-floc implica un ahorro tanto en agua como en electricidad requerida. El bombeo de agua es mínimo debido a que solo se repone agua por evaporación, si se realiza algún drenado o sifonado del fondo lo cual es muy recomendable. En general, se obtiene menor cantidad de agua sucia que tratar y verter al medio.
Desventajas de los sistemas de Biofloc
Elevados costos de inversión al inicio del sistema.
La tecnificación de este tipo de acuicultura no es muy elevada. Sin embargo, es necesario:
- Utilización de equipos de aireación.
- Equipo de análisis de agua.
- Sistemas de aireación u oxigenación de emergencia o respaldo.
- Equipo de generación eléctrica de emergencia.
Estos equipos pueden suponer un pequeño costo más elevado al principio del proyecto, pero en breve los grandes beneficios de esta tecnología superan con creces el leve mayor costo inicial.
En los sistemas de Biofloc no pueden ser utilizadas todas las especies acuícolas
Las mejores especies candidatas para cultivarse en los sistemas debio-floc son aquellas que soportan grandes porcentajes de materia orgánica disuelta en el agua. Este es el caso de la tilapia y el langostino o camarón.
Robalo (Centropomus nigrescens) cultivado a tra vez de .
Existen muchas experiencias con otras especies como el jurel, la trucha, robalo, etc. y han dado muy buenos resultados.
El sistema de aireación es imprescindible
Los tanques con bio-floc deben airearse las 24 horas los 365 días al año. Un sistema de oxígeno puro de emergencia sería muy recomendable. Un fallo del suministro eléctrico y de aire a los tanques puede suponer la muerte de toda la producción en poco tiempo, estimado de un cuarto de hora a media hora.
Sistema de aireación en cultivo de camarones.
En este supuesto fatídico se debe contar con un plan de contingencia. Es esencial un generador de electricidad o bombas de aire a motor diesel. La causa del brusco descenso de oxígeno en los tanques ocurre debido a la alta densidad de microorganismos que están floculados en el agua.
Inoculación del estanque para sistemas Biofloc
Teniendo en cuenta la diversidad ecológica de los flóculos, para la implementación de los estanques algunos autores señalan varias estrategias que han resultado ser muy eficientes:
- La utilización de arcillas de otros sistemas para estimular la generación de los microorganismos.
- La inoculación de un estanque nuevo con aguas maduras de otros sistemas bio-floc.
- El uso de un preparado para garantizar la eficiencia en la generación de flóculos de buena calidad, en un litro de agua, elaborado con:
1. 20 g de suelo del fondo del estanque.
2. 10 mg de sulfato de amonio.
3. 200 mg de fuentes de carbono.
Relación carbono-nitrógeno (C:N) en sistemas Biofloc
Como se ha mencionado previamente, la fijación de compuestos nitrogenados en proteína microbial ocurre gracias a la elevada relación C:N necesaria para la funcionalidad de estos sistemas. El carbono proviene de fuentes ricas en carbohidratos que funcionan como fuente energética para los microrganismo.
Salvado de arroz como fuente de carbono.
Esta relación C:N debe ser mayor a 10 para garantizar un cultivo bacteriano heterotrófico y baja generación de algas. Se busca que la población bacteriana cambie de autótrofa a heterótrofa. Esto permite controlar de forma más eficiente la concentración de productos nitrogenados en el estanque, incluso cuando las producciones de animales son superintensivas.
Flujo del nitrógeno en el sistema de biofloc.
El carbono es el factor que limita el crecimiento de las bacterias heterótrofas. Cuando la relación C:N se mantiene entre 15-20 habrá un desarrollo más notorio de este tipo de microorganismos. También la fijación de nitrógeno será mucho más eficiente.
La fijación de nitrógeno se da mediante procesos de nitrificación. El metabolismo de las bacterias de los sistemas de bio-floc convierten los compuestos nitrogenados como el amoníaco, nitritos y nitratos (tóxicos en altas concentraciones cuando se acumulan a largo plazo) en proteína de fácil asimilación.
La recirculación y aireación en los sistemas Biofloc
Los factores más importantes que se deben tener en cuenta para el diseño y desarrollo de un sistema de bio-floc incluyen:
- El efecto de la temperatura.
- Cantidad y calidad de la materia orgánica agregada.
- Relación C:N.
- Tolerancia de los peces a las condiciones ambientales.
Se consideran requisitos esenciales en este tipo de sistemas la aireación y recirculación del agua.
La aireación es el proceso por el cual se agrega aire al estanque. Este proceso busca cumplir dos objetivos sobre los sistemas bio-floc:
- Promover la difusión de oxígeno del aire al agua.
- Mantener los flóculos en constante suspensión.
El primer objetivo busca aumentar los niveles de oxígeno disuelto y optimizar el desarrollo de los procesos bioquímicos del bio-floc. Este proceso permite el abastecimiento del oxígeno requerido para el consumo de los peces, y especialmente por las bacterias que componen el bio-floc.
Las bacterias tienen un papel importante encargándose de:
- La eliminación de los complejos nitrogenados.
- La descomposición aeróbica de la materia orgánica.
- Los procesos de nitrificación en presencia de oxígeno.
Para lograr el segundo objetivo es necesario que los flóculos se mantengan en constante, gracias a la recirculación o mezclado del agua.
Una de las condiciones más importantes para los sistemas bio-floc es contar con adecuados sistemas de aireación que permitan la recirculación del agua. Se busca que los microorganismos, alimento no consumido, heces y la materia orgánica se mantenga en suspensión en toda la columna de agua.
De esta forma, los microorganismos pueden transformar los compuestos en material celular gracias a la recirculación del agua que promueven los sistemas de aireación.
Manejo del sistema biofloc durante la fase de inicio
Durante la fase de inicio, los cambios en la calidad del agua en los sistemas bio-floc son muy similares a los sistemas de recirculación convencionales.
El inicio del sistema se caracteriza por retrasos en las concentraciones máximas de amoníaco y nitritos. Esto ocurre a medida que las diferentes poblaciones de bacterias se desarrollan si la tasa de alimentación se incrementa rápidamente.
Las concentraciones de amoniaco y especialmente nitrito pueden incrementarse hasta el punto de volverse tóxicos afectando:
- El crecimiento de los peces.
- Conversión alimenticia.
- Resistencia a enfermedades.
- En algunos casos la supervivencia.
Los altos valores de amoniaco y nitritos pueden ser evitados o minimizados durante mediante la adición de carbohidratos. Por ejemplo, para neutralizar 1 mg.L-1 de amoniaco (como nitrógeno), se puede añadir 15 a 20 mg.L-1 de carbono orgánico. El carbohidrato añadido puede mantener baja la concentración de amonio y extender el tiempo requerido para la aclimatación del sistema.
Principales fuentes de carbohidratos usados en el Biofloc
Muchos materiales naturales o procesados han sido utilizados como fuentes de carbono en sistemas biofloc incluyendo:
- Granos.
- Pellets.
- Melaza.
- Azúcar de caña.
Los materiales utilizados como carbohidratos deben ser de bajo costo y convenientes. El material orgánico que se descompone fácilmente y rápido es el mejor.
Cuadro 1: Fuentes de carbono aplicadas en sistemas biofloc.
| Fuente de Carbono | Especie Cultivada | Referencia |
| Acetato de Sodio | M. rosenbergii | Crab 2010 |
| Harina de Casava | P. monodon | Avnimelech y Mokady 1988 |
| Celulosa | Tilapia | Avnimelech et al. 1989 |
| Harina de Maíz | Cachama negra (Colossoma macropomum) | Wilfredo, P. 2015 |
| Dextrosa | L. vannamei | Suita.2015 |
| Afrecho – Melaza- Harina de Maíz | Cachama negra (Colossoma macropomum) | Yesika, L 2015 |
| Afrecho + Melaza | F. brasiensis, F. paulensisy F. duorarum | Emerenciano et al. 2012a, Emerenciano et al. 2011, Emerenciano et al. 2012b |
| Tapioca | L. vannamei y M. rosenbergii | Hari et al. 2004, Asaduzzaman et al. 2008 |
| Glicerol | M. rosenbergii | Crab et al. 2010 |
| Glucosa | M. rosenbergii | Crab et al. 2010 |
| Harina de Trigo | O. niloticus | Azim y Little 2008 |
| Almidón | O. niloticus x O. aureus y Tilapia (Mozambique) | Crab et al. 2009, Avnimelech 2007 |
Las bacterias heterotróficas pueden actuar rápidamente, entre minutos y horas. Carbohidratos simples como los azúcares (Sacarosa o dextrosa) o almidones pueden tener un efecto rápido.
Melaza una de las principales fuentes de hidratos de carbono en el sistema.
En acuicultura se utilizan estos como una fuente de hidratos de carbono, ayudando al incremento de la relación C: N y al desarrollo de bacterias heterotróficas. De esta forma la melaza utilizada en el arranque y preparación de las piscinas, junto a otros nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, ayudan a mejorar las condiciones de la cadena trófica en un estanque.
Principales especies piscícolas cultivadas en los sistemas de Biofloc
Los sistemas de biofloc han sido probados con excelentes resultados en varias especies piscícolas como:
- Mojarra o tilapia (Oreochromis niloticus).
- Carpa (Cyprinus carpio).
- Bocachico (Prochilodus magdalenae).
- Cachama blanca (Piaractus brachypomus).
- Cachama negra (Colossoma macropomum).
- Bagre (Clarias gariepinus).
- Camarones de agua dulce gigante (Macrobrachium rosenbergii).
- Camarón marrón del norte (Farfantepenaeus aztecus).
- Camarón blanco (Litopenaeus vannamei).
- Langostinos tigre (Penaeus monodon).
- Pepinos de mar (Apostichopus japonicus).
- Langostas, jaibas, mejillones entre otros.
Se han desarrollado trabajos en los que se integran policultivos de mojarra y camarón obtenido excelentes resultados de producción, sin que se afectara el desempeño de ninguna de las especies.
Aspectos generales sobre la tilapia (Oreochromis niloticus)
Se conoce como tilapias a un grupo de peces de la familia Cichlidae, pertenecientes al orden Perciforme, oriundas del continente africano. Dentro de ellas, se destaca la tilapia del Nilo Oreochromis niloticus debido a su gran adaptabilidad a diferentes condiciones medioambientales.
La tilapia nilótica es uno de los peces más cultivados a nivel mundial en países tropicales y subtropicales.
La tilapia (Oreochromis niloticus) es una de las especies con mejor adaptación a este sistema de cultivo.
Las tilapias cuentan con características deseables para la explotación comercial como:
- Buena adaptación a condiciones ambientales variables.
- Buena conversión alimenticia y ganancia de peso.
- Alta rusticidad.
- Ocupan bajo nivel trófico en la cadena alimenticia.
- Se adaptan fácilmente al confinamiento.
- Son tolerantes a bajos niveles de oxígeno.
- Soportan amplio rango de pH y salinidad.
Aspectos generales sobre la cachama blanca (Piaractus brachypomus)
Especie nativa de las cuencas de los ríos Orinoco y Amazonas. Considerada como la especie de mayor potencial productivo y comercial en la piscicultura extensiva, semi intensiva e intensiva de aguas cálidas continentales de América tropical.
Comparte nicho ecológico con la cachama negra Colossoma macropomum, con la que tiene similitud en su forma. Se diferencia por su mayor altura y por poseer una gran espina en la base de la aleta dorsal.
Cachama blanca (Piaractus brachypomus).
Los cultivos de cachama se realizan de preferencia en aguas lénticas poco profundas siempre y cuando se mantengan los niveles deseables durante todo el ciclo.
Los valores óptimos para el cultivo de cachama son:
- Temperatura entre 28-30°C.
- pH entre 7.5 y 8.
- Dureza total entre 60-80ppm.
- Oxígeno disuelto mayor a 5mg/L.
Sin embargo, la cachama puede resistir concentraciones bajas de oxígeno por cortos periodos.
Aspectos generales sobre el bocachico
El coporo o bocachico (Prochilodus magdalenae) es un pez de agua dulce y de clima tropical. Vive en ciénagas y ríos preferencialmente en tributarios laterales. Es originario de la cuenca del río Magdalena y se encuentra principalmente en el fondo.
Bocachico o coporo (Prochilodus magdalenae).
Presenta las siguientes características:
- El dorso es grisáceo.
- Los lados plateados.
- Vientre rosado.
- Cola es oscura en la mitad y rojiza en los extremos.
- Los extremos de las aletas pectorales, pélvica y anal también son rojizos.
- La aleta dorsal tiene pequeñas manchas, alcanza 40 centímetros de longitud.
Aspectos generales sobre el camarón (Macrobrachium rosenbergii)
Macrobrachium rosenbergii es una especie tropical, indígena del sur y sudeste de Asia, Norte de Oceanía y de las islas del oeste del Pacífico. Es un camarón adaptable a clima cálido y templado-cálido, lo que significa que su cultivo podría desarrollarse hacia el norte del paralelo 30 de latitud sur. Esta franja constituye una amplia zona en la que las temperaturas ambientales son propicias para la especie.
Camarón (Macrobrachium rosenbergii).
El rango óptimo de temperatura del agua, se sitúa entre los 28 y 31°C. Temperaturas entre las cuales la maduración ovárica y la incubación de los huevos, alcanza su desarrollo en el menor período de tiempo.
En cultivo comercial, durante la fase denominada de engorde o fase final, se obtienen con estas temperaturas los mejores resultados en cuanto a crecimiento. Se producen animales de peso promedio de más de 35 gramos a la cosecha, en una estación de crecimiento que no supera los 120 días.
Características del agua de abastecimiento:
- Temperatura rango máxima: 34°C y mínima: 18°C, el óptimo está entre 29 a 31°C.
- Oxígeno disuelto el mínimo: 3 ppm. Optimo: 75% de saturación.
- pH: rango aceptable 7,0-8,5.
- Alcalinidad total: 150 ppm (expresado como carbonato de calcio).
- Dureza total: < 40 mg/l.
- Nitritos: < 0,1 mg/l.
- Nitratos: < 20 mg/l.
Papel Probiótico de los Sistemas Biofloc
El sistema Biofloc posee un potencial como probiótico. Se han identificado compuestos bioactivos, representados por:
- Carotenoides.
- Clorofilas.
- Fitoesteroles.
- Bromofenoles.
- Amino azúcares.
- Compuestos anti bacterianos.
Sistema de biofloc para camarones bajo techo.
A estos compuestos probioticos se les atribuye un papel importante en el fortalecimiento de los mecanismos de crecimiento de peces y camarones.
Se han considerado a los sistemas de biofloc como una alternativa interesante en el manejo de la sanidad de estas especies, por los efectos potenciadores que se han atribuido a los Compuestos Bioactivos.
Aunque no son muchas las investigaciones en este tema, se ha logrado correlacionar la presencia de estos Compuestos Bioactivos con indicadores de bienestar general de los organismos acuáticos.
Microorganismos del Biofloc
Los microorganismos pueden ser definidos como todos aquellos organismos unicelulares, tanto los procariontes autotróficos y heterotróficos (cianobacterias y bacterias). Así como los eucariontes autotróficos y heterotróficos (microalgas y protozoarios).
De manera general, son considerados también como microorganismos todos aquellos que no pueden ser observados a simple vista. Entre ellos se encuentran algunos pequeños metazoarios como rotíferos, nematodos.
Los microorganismos desempeñan un papel fundamental caracterizándose por:
- Ser productores y consumidores de oxígeno disuelto.
- Reciclan nutrientes.
- Producen alimentos para organismos mayores, tanto en ambientes naturales como en sistemas acuícolas.
Vista microscopica de Bio-floc.
En sistemas de cultivos acuícolas los microorganismos pueden tener efectos positivos y negativos.
De manera positiva se destaca:
- Eliminación de compuestos nitrogenados tóxicos como nitrógeno amoniacal.
- Mejoramiento de la calidad del agua.
- Degradación de restos de alimento no consumido.
- Contribución nutricional.
- Remoción de nitrógeno de estanques acuícolas por organismos heterotróficos.
Entre los efectos negativos podrían mencionarse:
- Enfermedades causadas por bacterias y virus.
- Producción de nitrógeno amoniacal.
- Consumo excesivo de oxígeno.
Manejo de sólidos en el sistema de Biofloc
En el tiempo, y con suficiente de carbohidratos en el agua, los sólidos pueden acumularse en indeseables niveles (2000 – 3000 mg.L-1). Los sistemas biofloc operan típicamente en concentraciones de sólidos suspendidos menores a los 1000 mg.L-1 y en la mayoría de ellos por debajo de los 500 mg.L-1.
Una concentración de sólidos suspendidos de 200 hasta 500 mg.L-1 es lo suficientemente bueno para el funcionamiento del sistema. Permite además controlar el amoniaco sin una excesiva respiración de los organismos en el agua.
Cono de sedimentación o Imhoff.
Los conos de sedimentación o Imhoff son una vía rápida para determinar la concentración de sólidos suspendidos. Los conos tienen graduaciones que pueden ser usadas para medir el volumen de sólidos sedimentados en 1 litro de agua. El tiempo estandarizado es de 10 a 20 minutos.
Manteniendo la concentración de sólidos sedimentables desde 25 hasta 50 mL.L-1 puede proporcionar un buen funcionamiento en los sistemas de bio-floc para el cultivo de tilapia.
Sistema de bio-floc establecido.
Una vez terminado el proceso de cultivo se debe remover bio-floc desde el biorreactor para estabilizar la población de microorganismos. Por ejemplo, eliminando un 10% de los sólidos por día permitiría mantener al bio-floc con un promedio de 10 días de edad.
La edad del bio-floc influye en el tipo de organismos que lo formarán.
- Un bio-floc joven (1-6 meses): permitirá una predominancia de organismos heterotróficos.
- Un bio-floc viejo (1 año o más): podría ser dominado por la presencia de hongos.
Manejo de la alcalinidad en sistema de Biofloc
La alcalinidad es la capacidad buffer del agua para resistir cambios en el pH en respuesta a las adiciones de ácidos o bases. El agua en los sistemas bio-floc debe mantenerse con amplias reservas de alcalinidad, debido a los constantes agotamientos por reacciones con ácidos añadidos al agua.
La actividad de las bacterias nitrificantes es responsable de la mayor pérdida de alcalinidad en sistemas intensivos de bio-floc. Con el tiempo los ácidos producidos por la nitrificación gastan las reservas alcalinas del agua.
Una vez que la alcalinidad es agotada el pH puede caer abruptamente. Inhibiendo así la función bacteriana incluyendo las importantes bacterias nitrificantes. En este caso, la acumulación de amonio llegará al punto en el cual el pez reduce su apetito y alimentación.
La alcalinidad debe ser mantenida entre 100 y 150 mg.L-1 de CaCO3 mediante adiciones regulares de bicarbonato de sodio.
En sistemas intensivos, donde los sistemas bio-floc están dominados por las bacterias nitrificantes, cada kilogramo de alimento añadido en el sistema debería ser suplementado con 0,25 kg de bicarbonato de sodio. Incluso con adiciones regulares, es más fácil operar el sistema teniendo un programa de monitoreo regular para evaluar la alcalinidad.
Denitrificación en sistemas Biofloc
La alcalinidad puede ser recuperada en unidades de denitrificación. El nitrato se acumula en la mayoría de sistemas intensivos de bio-floc debido al proceso de nitrificación. Si no es observado, la concentración de nitrato refleja la carga de alimento acumulado en el sistema.
La acumulación de nitrato puede ser disminuida por una dilución a través de los recambios de agua, pero esto anula el propósito del uso intensivo del agua y reduce la bioseguridad.
Las unidades de desnitrificación son usadas como parte de la conservación y de las estrategias de bioseguridad donde resulta costoso conservar esas sales. Estas unidades son operadas generalmente en condiciones inactivas y anóxicas.
Bajo condiciones anóxicas, el suministro constante de nitrato es usado como un oxidante para continuar oxidando la materia orgánica. Aunque el carbono orgánico puede ser necesitado como refuerzo en el proceso.
El bicarbonato es liberado por las bacterias como un producto de este proceso. Por lo tanto, la alcalinidad que se perdió en la nitrificación puede ser recuperada por la denitrificación.
Parámetros y condiciones de calidad del agua para los sistemas de Biofloc
La medición de los parámetros de calidad de agua en cualquier sistema de cultivo acuícola es necesaria para garantizar la aplicación de buenas prácticas de manejo del cultivo que garantice el éxito del mismo.
Es un procedimiento vital en el caso de cultivos con sistemas de bio-floc. Conocer los registros de los análisis permite aplicar correctivos, procurando mantener los parámetros dentro de los rangos de confort de cada especie de pez cultivada.
Los parámetros básicos de medición en cultivos bio-floc son:
- Oxígeno.
- Temperatura.
- pH.
- Alcalinidad.
- Amonio.
- Sólidos sedimentables.
Esquema de los factores que influyen en un sistema de biofloc (Crab, 2010).
Nitrógeno amoniacal
En acuicultura intensiva, al utilizar sistemas cerrados, uno de los factores que más limita el aumento de la productividad es la acumulación de compuestos nitrogenados. Siendo el amoniaco unos de los elementos de mayor impacto.
Esta problemática no es de fácil erradicación y control ya que, los peces asimilan solo entre el 20 y el 30% del nitrógeno consumido de los alimentos.
Eficiencia de uso del nitrógeno en los peces.
La disminución del nitrógeno inorgánico libre mediante la manipulación de las proporciones carbono/nitrógeno es un potencial método de control de calidad del agua en sistemas de acuicultura.
Este enfoque parece ser una práctica económica y un medio para reducir la acumulación de nitrógeno inorgánico en estanques de producción intensiva de bajo recambio de agua.
Gráfico 1. Valores de nitrógeno amoniacal y Nitrito, durante la implantación de sistemas de suspensión activa o bio-floc con la aplicación de harina de maíz.
Los carbohidratos adicionados al medio se destinarían para la síntesis de proteína microbiana. Formándose agregados con bacterias aeróbicas nitrificantes que aprovechan para tal fin el nitrógeno libre presente en el agua.
La relación entre la adición de carbohidratos, la reducción de amonio y la producción de proteínas microbianas dependen de:
- Coeficiente de conversión microbiana.
- La relación de C/N en la biomasa microbiana.
- Contenido de carbono del material añadido.
Oxígeno disuelto
Se reconoce que para aumentar densidad en un sistema de producción acuícola se debe garantizar que los parámetros de calidad de agua estén en los rangos establecidos para la especie. Las concentraciones de oxígeno disuelto en el agua son la principal limitante para el buen desempeño productivo de los peces.
Aeración en sistema de biofloc.
En cultivos con sistema de bio-floc la incorporación de oxígeno al agua es fundamental, sin oxígeno suficiente, no es posible construir bio-floc.
El nivel Oxígeno disuelto es esencial para:
- La actividad metabólica de las células dentro de flóculos aeróbicos.
- Influye en la estructura del floculo.
- Los flóculos se incrementan en concentraciones más altas de oxígeno disuelto.
Temperatura
La defloculación de los flóculos se produce bajas temperaturas 4°C en comparación con las temperaturas más altas 18-20°C probablemente debido a una disminución de la actividad microbiana en los flóculos.
La temperatura está estrechamente relacionada con la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, por lo tanto para obtener flóculos de manera establece recomienda una temperatura de 20-25°C.
pH
Los cambios en el pH determinan la estabilidad del bio-floc en los estanques. Los rangos de pH que toleran algunos microrganismos que pueden variar de 2 a 11. Los posibles cambios en el pH limitan la gama óptima de los microorganismos y pueden producir mortalidad.
Salinidad
Rangos de salinidad en biofloc estará determinada por la especie que cultivemos. Por ejemplo, el camarón o langostino vannamei se cultiva típicamente a 35 g por mil litros.
Sin embargo, en la actualidad está muy extendido el cultivo de este crustáceo en agua dulce debido a su alta resistencia al agua dulce. Se ha señalado que el Litopenaeus vannamei puede ser cultivado incluso a 10 g por mil litros con excelentes resultados.
A continuación se indican algunos ejemplos de otras especies:
- Tilapia nilótica Orechromis nilóticus puede ser cultivada de 0 a 15 g por mil litros.
- Tilapia roja Orechromis mossambicus su rango va de 0 a 30 g por mil litros.
Alcalinidad
En bio-floc se tiende a perder alcalinidad debido a:
- La gran cantidad de microorganismos.
- Las altas densidades de organismos de cultivo hacen que el CO2 aumente en el tanque.
El dióxido de carbono en contacto con el agua forma ácido carbónico que hace que disminuya la alcalinidad. Para aumentar la alcalinidad se puede utilizar bicarbonato sódico o carbonato cálcico.
Aspectos nutricionales del Bio-floc
Se asume que la adición de hidratos de carbono logra reducir el nitrógeno inorgánico en los tanques destinados a acuicultura a diferentes escalas. Las proteínas microbianas producidas junto con el material en suspensión son ingeridas y aprovechadas por los peces.
La composición nutricional de los bio-floc es muy diversa debido a varias condiciones como:
- La relación C:N.
- Tamaño de las partículas.
Se ha encontrado que flóculos con tamaños mayores a 100 μm contienen niveles más altos de proteína (27,8%) y lípidos (7,5%), al ser comparado con bio-floc más pequeños, menores de 48 μm.
Tabla 2. Valor nutricional de los flóculos de un Sistema Biofloc
| Autores | Proteína (%) | Carbohid (%) | Lípidos (%) | Fibra (%) | Cenizas (%) | Energía (Kcal) |
| Mcintosh et al,2001 | 43 | - | 12,5 | - | 26,9 | - |
| Tacon et al,2002 | 31,2 | - | 2,6 | - | 28,9 | - |
| Wester y Lim 2002 | 50 | - | - | 4 | 7 | - |
| Wasielesky et al,2006 | 31,1 | 23,6 | 0,5 | - | 44,8 | - |
| Ju et al,2008 | 26-41 | - | 1,2-2,3 | - | 18,3-40,7 | - |
| Ju et al,2008 | 30,4 | - | 1,9 | 12,4 | 38,9 | - |
| Azim y Little, 2008 | 38 | - | 3 | 6 | 12 | 19 |
| Azim y Little, 2008 | 50 | - | 2,5 | 4 | 7 | 22 |
| Kuhn et al 2009 | 49 | 36,3 | 1,13 | 12,6 | 13,4 | - |
| Kuhn et al 2009 | 38,8 | 25,3 | - | 16,2 | 24,7 | - |
| Ballester et al, 2010 | 30,4 | 29,1 | 4,7 | 8,3 | 39,2 | - |
| Emerenciano et al,2012 | 30-40 | 29-10 | 0,47 | 0,83 | 39-20 | - |
| Maica et al,2012 | 28,8-43,1 | - | 2,1-3,6 | 6,7-10,4 | 22,1-42,9 | - |
| Hargreaves, 2013 | 30-45 | - | 1-5 | - | - | - |
| Rego, 2016 | 32-42 | - | 2-2,8 | - | 22-46 | - |
| Becerril-Cortes et al, 2018 | 30,2-47,9 | - | 1,9-2,5 | 3,9-5,1 | 6,1-16,4 | - |
Otras ventajas
Otras ventajas nutricionales de los biofloc radican en:
- Mejorar la tasa de ingestión, digestión absorción, asimilación del alimento comercial.
- Proporcionan una fuente completa de nutrición celular.
Cultivo de tilapia en bio-floc.
Por lo tanto, parte de la alimentación y principalmente el componente proteico es aprovechado en mayor medida que en otros sistemas. Sustituyendo así una porción del alimento balanceado y disminuyendo los costos de alimentación.
La cantidad adicionada de hidratos de carbono, y su equivalente reducción de las proteínas aportadas por el alimento, puede ser calculada y optimizada cuantitativamente.
Las fuentes de carbono empleadas en un sistema bio-floc para estimular el crecimiento de las bacterias heterótrofas afectan la composición proximal del bio-floc.
Por ejemplo, en el análisis de la composición de los flóculos microbianos con diferentes fuentes de carbono. Se evaluaron 4 tratamientos: melaza, almidón de yuca, almidón de maíz y un grupo de control (sin adición de fuente de carbono).
Resultados
El objetivo fue evaluar el efecto de las fuentes de carbono en desempeño productivo y la composición proximal de tilapia roja (Oreochromis spp.). Se trabajó con 4 tratamientos: (melaza), (almidón de yuca), (almidón de maíz) en una relación Carbono: Nitrógeno de 15:1 y un grupo de control (Sin adición de fuente de carbono), durante 60 días. No se encontraron diferencias significativas entre los parámetros productivos evaluados en dicho trabajo realizado.
Tabla 3. Composición proximal de biofloc en base seca en cultivo de tilapia roja bajo diferente fuente de carbono.
| Tratamientos | ||||
Parámetros g/100g | Control | Melaza | Yuca | Maíz |
| Humedad | 85,4 ± 3,8 | 79,7 ± 6,6 | 85,5 ± 5,4 | 8,3 ± 6 |
| Ceniza | 9 ± 3,7 | 6,9 ± 0,7 | 10,2 ± 3,7 | 15,3 ± 3,5 |
| Proteína cruda | 20,6 ± 8,6 | 13,8 ± 3,3 | 16,7 ± 6 | 26,7 ± 11 |
| Contenido de grasa | 1,3 ± 0,5 | 1,1 ± 0,3 | 1,5 ± 0,7 | 1,3 ± 0,3 |
| Fibra cruda | 21,8 ± 8 | 25,5 ± 0,4 | 25,8 ± 3,7 | 16,3 ± 7,9 |
| Carbohidratos | 47,4 ± 4,4 | 52,7 ± 2,6 | 45,8 ± 5,7 | 40,4 ± 5,8 |
| Valor calórico bruto cal/g | 4377,7 ± 22,8 | 4316,3 ± 114,4 | 4249,3 ± 50,6 | 4194 ± 101,6 |
Si el bio-floc es utilizado como alimento en la acuicultura puede con llevar varios beneficios en los sistemas de producción entre los cuales se pueden mencionar:
- Es un alimento que se encuentra disponible las 24 horas del día.
- Podría reducir sustancialmente los gastos por alimentación.
- La calidad de agua mejora debido a la constante producción de biomasa bacteriana.
- La biomasa bacteriana transforma el nitrógeno del sistema, manteniendo bajos los niveles de nitrógeno potencialmente dañino en el agua.
Productividad económica de los Sistemas Bio-floc
En términos generales desde el punto de vista económico los sistemas de biofloc se consideran como una muy buena alternativa económica debido a que:
- Reducen los costos de producción al disminuir el requerimiento de alimento de los peces, especialmente si son peces filtradores como la mojarra, ya que los flóculos hacen un aporte nutricional en proteína.
Cosecha de cachama híbrida.
- Este tipo de sistemas manejan “Mínimo o Cero Recambio de Agua” lo que representa menos gastos al productor.
- Esta eficiencia se incrementa al implementar el uso de prebióticos y probióticos.
- Se considera factible a nivel comercial pues reduce en un 72,4% los costos de producción por kilogramo de biomasa ganada.
- Disminución de costos en el uso del agua.
- Reducción de consumo de alimento comercial por producción de proteína de alta calidad.
- Aumento de la producción de biomasa.
- Valor por servicios ambientales con la reducción de los desechos y del impacto ambiental, servicios a los que aún no se les ha asignado un valor económico, pero que tienen un invaluable efecto ambiental.
Compilador.
Ing. Agr. Wilfredo Pernia
