Proyecto: “Caracterización química del sistema de cultivo intensivo

Proyecto: “Caracterización química del sistema de cultivo intensivo de camarón en baja
salinidad” Fundación Produce Colima, referencia 00092.
1 INTRODUCCIÓN
Nuestro país tradicionalmente se había caracterizado por explotar discretamente
sus recursos naturales, como la pesca y la acuicultura, sin embargo a partir de 1970, la
demanda alimentaria tanto interna como externa condujo inicialmente a la sobreexplotación
de los mares y recientemente a multiplicar el número y tamaño de las granjas de producción
piscícola y camaronícola. Ejemplo de este crecimiento se registra en la camaronicultura
que creció de 17,000 toneladas métricas (ton) en 1998 a 120,000 ton en 2008 (Rosemberry,
1998; SAGARPA, 2008).
Esto ha provocado en la camaronicultura la aparición de puntos rojos que
apuntan un riesgo potencial y que compromete la producción (CONAPESCA, 2005).
Algunas modalidades de cultivo como el desarrollado en nuestro estado -a baja salinidad,
han generado grandes expectativas a nivel nacional. Sin embargo es conocido que ninguna
biotecnia o modelo de producción exime de la aparición de epizootias bacterianas o por
virus (taura -TSV, cabeza amarilla –YHSV o mancha blanca –WSSV; Peinado y López,
2006). La calidad química del agua y los factores ambientales son aspectos que promueven
la aparición de patógenos en los organismos cultivados e inciden en su condición y en la
rentabilidad del sistema de cultivo.
Para minimizar el impacto de las descargas y reducir la incidencia de
enfermedades se han propuesto alternativas como el cultivo del camarón en agua dulce, la
siembra de camarón resistente (SPF, SS), el uso de probióticos, prebióticos, buenas
prácticas de manejo y la disposición responsable de los residuos (humedales artificiales o
lagunas de oxidación), sin embargo el costo operativo de estas medidas limita su
trascendencia. También se han propuesto metodologías innovadoras, como las superficies
de adhesión (tapetes microbianos), en los cuales las comunidades asentadas regulan
sustancialmente la calidad del agua y proporcionan alimento vivo (Arnold et al., 2005),
otros proponen procesos basados en biomasa bacteriana “biofloc” (Burford et al., 2003) con
lo cual se lo cual reduce el consumo de alimento (FCA). Todas estas alternativas se han
probado con éxito en diversas localidades (Belice, Israel, Indonesia y Australia), sin
embargo estas son propuestas que deben ser exploradas para generar un protocolo
comercial estándar a nivel de región.
En el aspecto comercial, el camarón blanco y la tilapia son dos de las especies de
mayor importancia acuícola en el mundo y representan el segundo y tercer alimento de
mayor importación hacia los Estados Unidos, después del salmón. Para México, la
producción de estas especies representa una importante fuente de alimentos, divisas y
empleo, y para el estado de Colima estas especies representan una rama productiva
altamente rentable. La importancia comercial del cultivo de camarón va en aumento; el
camarón cosechado en 3 municipios de Colima representa alrededor del 10% del producto
nacional (SAGARPA, 2008). Por ello es necesario incrementar el conocimiento integral de
los sistemas de cultivo comercial del camarón blanco (Litopenaeus vannamei) toda vez que
el cultivo de éste se realiza bajo ambientes de clorinidad reducida (baja salinidad), a
diferencia del manejo internacional a escala comercial, que emplean básicamente agua
marina. Sin embargo la comprensión de los procesos biogeoquímicos que intervienen en
esta biotecnia comercial representa un reto para los acuicultores, particularmente por el
origen y a naturaleza del agua utilizada en los cultivos. El entendimiento del sistema con la
mayoría de las variables bióticas y abióticas podrían permitir lograr un mayor control de la
producción, estructurar las prácticas de manejo adecuadas a la región, mejores rendimientos
y minimizar el impacto de los residuos generados por esta práctica evitando así el que los
efluentes producidos deterioren los ambientes en los que confluyen (Paez-Osuna, 2001;
CONAPESCA, 2005).
1.1 ANTECEDENTES
En la actualidad las actividades productivas del hombre, han alcanzado un gran
desarrollo en todo el mundo, teniendo en algunos casos secuelas como la modificación de
los ambientes debido al nivel de explotación o por la disposición inadecuada de las
descargas (subproductos) que se generan, llegando inclusive a la pérdida de diversidad y
hábitat. Entre estas, la acuacultura es considera como una industria de mediano o bajo
impacto (Boyd, 2000), sin embargo la magnitud del volumen y la persistencia de los
efluentes llegan a ser devastadores (INE, 2000).
En México para el año 1998 había 24,000 hectáreas de granjas camaronícolas
que produjeron 17,000 toneladas de camarón (Rosemberry, 1998), biomasa que requirió
alrededor de 0.068 billones de litros de agua de mar para mantener la calidad del cultivo y
que fueron vertidos a cuerpos de agua adyacentes, junto con miles de toneladas de
nitrógeno y fósforo (Páez-Osuna, 2001) y estos niveles van en aumento como lo prueba la
producción actual de 120,00 toneladas (SAGARPA, 2008). En 1990 Tailandia y Ecuador
pusieron en riesgo esta industria por los daños en sus ambientes costeros (INE, 2000). En
México recientemente la CONAPESCA (2005), emitió por razones de sanidad acuícola una
serie de lineamientos emergentes para la actividad camaronícola en el noroeste del país, a
fin de regular su desarrollo y garantizar la bioseguridad en las producciones presentes y
futuras.
Las epizootias que han causado el declive en la producción acuícola en algunos
países está fuertemente asociada al indiscriminado aumento en número de granjas
comerciales, que descargan sus efluentes en sitios que sirven de reservorio para otras
granjas, provocando un ciclo perverso de mineralización-eutrofización, en el cual los
agentes patógenos proliferan (Páez-Osuna, 2001). Una problemática similar ocurre con el
cultivo de tilapia (O. mossambicus), pero resulta más importante el impacto ambiental por
las descargas que generan.
Hacia el interior de los sistemas de cultivo se han propuesto diversas alternativas
para reducir la incidencia de enfermedades en estos cultivo: el cultivo del camarón en agua
dulce (Balbi et al., 2005), la introducción de camarón resistente (Clifford, 1997), el uso de
probióticos y prebióticos para cultivos acuícolas (Gomez-Gil, 1998, Kesarcodi-Watson et
al., 2008) y hacia la reducción del impacto de los residuos; se infiere el manejo responsable
de los residuos (Teichert-Codington et al., 1999, Whestone et al., 2002 y Burdford et al.,
2004), el tratamiento de los residuos en ambientes químicos controlados (reactores)
(Timmons y Lossordo, 1994) o humedales construidos (Neori, et al., 2000). Sin embargo,
debido a elevado costo de inversión, la operación o la sensibilidad de estos ambientes lo
impiden.
Recientemente, se han propuesto metodologías más innovadoras no solo
ambientalmente compatibles sino que también contribuyen a la calidad del agua en el
cultivo y están representados por las superficies de adhesión como AquaMats ® y/o tapetes
microbianos (Paniagua-Michel y García, 2003) en los cuales las comunidades bentónicas
regulan sustancialmente la calidad del agua y proporcionan alimento vivo (Arnold et al.,
2005; Lezama-Cervantes et al., 2010). También en este contexto, Burford (2003) plantea el
reemplazo parcial del nutrimento balanceado en un cultivo de camarón con el
establecimiento de “biofloc”; biomasa microbiana que se nutre del material disuelto y fino
particulado, esta tecnología se ha probado con éxito en Belice, Israel, Indonesia y Australia.
De forma similar Thompson et al., (2002) ha demostrado la eficiencia de las películas
microbianas en la alimentación de penaeidos en fase postlarva. Sin embargo estas
propuestas aun son analizadas para generar un protocolo comercial de esta biotecnia.
Debido a las múltiples y reiteradas recomendaciones por mantener el proceso
camaronícola con una fase inicial e intermedia basada en la biomasa planctónica
(Thompson et al., 2002), se han mantenido al margen muchas otras variables de
importancia, a pesar de la observancia de que bajo ciertas condiciones la riqueza y
diversidad microalgal puede incidir de manera objetable en el crecimiento del camarón
particularmente en sistemas intensivos (Pérez-Linares et al 2003), razón por lo cual se hace
necesario identificar y enumerar el fitoplancton presente y elaborar una librería de las
especies con predominancia pasiva o positiva y de prevenir la incidencia de microalgas que
afecten el crecimiento de los organismos o la inocuidad del producto.
Asimismo se debe reconocer que la calidad química del agua para el abasto y
mantenimiento de la producción, incide fuertemente en la producción acuícola (Wheaton,
1982; Boyd, 1990; Boyd, 2000; Timmons et al, 2002) y durante la fase de cultivo se
vuelve un factor de naturaleza vital, particularmente en sistemas productivos de bajo o nulo
recambio de agua (Whestone, 2001). La presencia de gases disueltos de índole anóxica
originados por la naturaleza propia de agua subterránea (bombeada del subsuelo) son un
grave problema especifico de difícil solución mecánica, que requiere de un profundo
estudio para su entendimiento (Boyd, 1990), a pesar de que algunas características
geoquímicas pueden ser elucidadas de manera rápida a partir del análisis del suelo.
Es importante señalar la necesidad de obtener una revisión integral de los
componentes químicos y biológicos del sistema de producción (Hyrayama, 1974; Boyd,
1990; Timmons et al, 2002) para lograr una mejor comprensión tanto en el corto como en el
mediano plazo, esto obliga a aumentar el conocimiento de los aspectos biológicos y
fisicoquímicos, tanto en la escala temporal como en la espacial, que den pautas para
mejorar los procesos en los que interviene el nitrógeno, fósforo, carbono y iones disuelto en
el agua del sistema de cultivo.
Lo anterior cual podría representar una propuesta de solución que responda a
algunas demandas del sector productivo -producción acuícola vanguardista, que asegure la
estabilidad de la producción y posibilite el maximizar la producción con la capacidad
instalada. Asimismo, es necesario proponer medidas tendientes a la disminución de los
efluentes y la posibilidad de introducir patógenos
1.2 PROBLEMÁTICA
En el estado de Colima, la mayoría de los sistemas de cultivo de camarón blanco se realiza
en agua de baja salinidad –innovación comercial por parte de los productores del estado, lo
cual conlleva a retos específicos de frontera de conocimiento por la utilización de agua
“salobre” generalmente bombeada de pozos profundos y semi-profundos, los cuales
arrastran compuestos de una variada y muy característica especiación química, dependiente
en su mayor grado de las características geoquímicas del suelo de la región, la temporada
de lluvias y las condiciones del suelo sobre el agua subterránea. Los compuestos disueltos
en el agua fluyen y se transforman a través de la columna de agua y confluyen en la fase
sedimentaria bajo procesos característicos, este proceso indudablemente entra en sinergia
con los organismos cultivados. Esta visión geoquímica puede ser la respuesta a los reportes
de productores de la región sobre una ponderada disminución en la tasa de crecimiento del
camarón blanco para algunos sistemas de cultivo, con una ocurrencia eventual pero
significativa desde el punto de vista financiero, razón por lo cual resulta importante elucidar
la magnitud y transformación de los principales compuestos químicos presentes en el agua
empleada para esta biotecnia comercial.
1.3 JUSTIFICACION
En virtud de la importancia que representa la actual producción camaronícola lograda en el
estado de Colima, con una predominancia en aumento a nivel nacional, se considera vital el
estudio de los principales componentes químicos en el agua utilizada para el cultivo de
camarón blanco que permitan en el corto y mediano plazo, el aseguramiento tanto en
calidad como en continuidad de esta productiva biotecnia, para fortalecer el mercado actual
y promover el potencial. Esto permitirá preservar las importantes fuentes de empleo,
ingresos y proteína de calidad que a la fecha se obtienen a través del Sistema Producto
Camarón, así como la generación de propuestas en torno a los residuos generados a lo largo
del proceso productivo.
1.4 MATERIALES Y METODOS
1.4.1 Área de estudio
El presente estudio se pretende aplicar de manera puntual (de forma estacional) en la
mayoría de las granjas de producción de camarón del Estado de Colima pertenecientes al
sistema Producto Camarón y en conjunto con la asociación de productores se analizará a
partir de la logística particular y la predominancia de granjas tipo (representativas),
determinando la posibilidad de efectuar un seguimiento continuo en tres granjas, en las
cuales se realizaría bajo un esquema perfectamente definido, el muestreo correspondiente a
los parámetros fisicoquímicos y biológicos.
1.4.2 Muestreo
En cada granja seleccionada se efectuará un muestreo sistemático en dos estanques de
producción, disponiendo en cada uno de ellos una red de tres estaciones fijas para la toma
de muestras a 2 o 3 niveles, sin embargo el número y la posición precisa de ellos se
elucidará a través de un ensayo exploratorio, una vez que las granjas para este fin hayan
sido seleccionadas.
Se ha proyectado realizar la toma de muestras a dos ritmos de trabajo; el primero durante en
inicio y termino de la fase de producción (días 1 al 30 y del 90 al 120) realizando la colecta
de muestras entre 7 y 10 días, posteriormente para la segunda propuesta se consideran los
periodos en los cuales la capacidad de carga del sistema acuícola es modificada (días 35 al
90) para lo cual se pretende evaluar los principales parámetros de una o dos veces por
semana según la tendencia de las variables importantes o en el caso de haber recibido
reportes de cambio en la conducta alimenticia del camarón o de la calidad del agua.
El muestreo se aplicará de acuerdo a las recomendaciones de Parson et al (1984), APHA
(1995) y de las Normas Tipo del Gobierno de México, relativas a NOM y NMX. Para la
toma de muestras de agua, se utilizará un muestreador vertical múltiple (MVM; Patente en
proceso) desarrollado en la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad de Colima.
La colecta de agua es considera por el grupo de trabajo como un proceso importante, por
ello se planea realizarse desde la superficie, preferentemente en lancha, kayak o estradillo
(en cada estanque) para evitar el disturbio de la columna de agua, esto último será vital,
cuando se realicen estudios de la calidad del agua en ritmo diurno o circadiano, los cuales
se efectuaran en un estanque por granja en la fase inicial, media y final de un ciclo
completo de producción.
1.4.3 Análisis químico
De cada muestra colectada se planea a priori - sujeto al análisis preliminar, analizar los
siguientes parámetros; en campo (in situ) pH, temperatura, oxígeno disuelto y salinidad, en
laboratorio (in vitro) demandas química y bioquímica de oxigeno, especies inorgánicas de
nitrógeno y fosforo, sólidos suspendidos en diversas fracciones, alcalinidad y dureza total,
iones como; sulfatos, fracción CO2 (carbonatos, potasio, calcio, fierro, magnesio, cobre.
Estas determinaciones se realizaran mediante protocolos espectrofotométricos, titrimétricos
y fisicoquímicos establecidos por APHA (1995), Parson et al (1984) y referidas en normas,
realizando modificaciones de Canino & Segovia –Zavala (1999) y Zamora-Castro (2004),
en relación al uso de estándares múltiples, doble blanco, cuantificación y desarrollo a meso
y micro técnica. De manera sistemática para la mayoría de especies iónicas se aplicaran
metodologías espectrofotométricas estándar, siendo validadas mediante procesos de
absorción atómica.
1.4.4 Evaluación del fitoplancton
Las muestras de fitoplancton serán tomadas en periodos estacionales utilizando una botella
vertical de múltiples niveles, preservando en lugol APHA (1995), conservando en fresco.
Para el análisis de laboratorio, las muestras serán evaluadas utilizando celdas de
sedimentación de 25, 50 o 100 ml y observadas en microscopio invertido acoplado con
epifluorescencia (Motic AE31) para la enumeración, mientras que para la identificación se
utilizar claves de identificación elemental (APHA, 1995 y Anales del Acta Botánica
Mexicana).
1.4.5 Asociación de estresores con el nivel de hormonas esteroideas
Frente a la inminente posibilidad de surgir evidencias de un decremento en los índices
biométricos en el camarón se planea tratar de elucidar el efecto fisiológico a factores
ambientales adversos, para lo cual se pretende evaluar los niveles de cortisol plasmático en
camarón. Técnica que se deberá estandarizar, dado que este es un buen indicador del estrés
en teleóstos (Tintos et al., 2006), sin embargo en virtud de que la naturaleza hormonal
presenta un patrón, se incluirá de forma preliminar en este proyecto. Si esta prueba presenta
una concordancia positiva (r2 >0.75; significante) se realizaran las pruebas de manera
sistemática en los sistemas de cultivo hacia el tercer y cuarto trimestre.
1.4.6 Escrutinio estadístico
Los datos colectados serán examinados mediante análisis de varianza
(ANDEVA) de una vía para datos normales y homogéneos o transformados (Zar, 1984).
Comparaciones a posteriori (p<0.05) se analizaran aplicando la prueba de Student
Newman Keuls (SNK). Para datos no paramétricos se aplicará la prueba de Kruskal-Wallis.
En todas las pruebas se utilizará un nivel de significancia de =0.05. Los datos se
analizarán exploratoriamente en ProStat 3.01 (Poly Software International, Inc. NY, USA)
y detalladamente con el software Statistical 5.5 (StatSoft, Inc. OK, USA), de contar con el
software StatEase (Design Expert) la modulación experimental exploratoria reivindicaría la
posibilidad de ubicar puntos o zonas críticas dentro de la columna de agua.
Para el análisis a priori se plantean la siguiente estrategia de hipótesis
(=0.05):
Ho (H1): No se observan diferencias significativas entre los k-tratamientos o
j-ensayos y por tanto; n
Ha (H2): Existen diferencias significativas entre los k-tratamientos o jensayos y por consecuencia; no todas las  n
1.4.7 Bibliografía
APHA-AWWA-WPCF. 1995. Standard Methods for the examination of water and
wastewater. 19a Ed. USA.
Arnold, S.A., Sellars, M.J., Crocos, P.J., Coman, G.J., 2005. Response of juvenile brown
tiger shrimp (Penaeus esculentus) to intensive culture conditions in a flow
through tank system with three-dimensional artificial substrate. Aquaculture 246,
231-238.
Balbi,, F., Rosas, J., Velasquez, A. 2005. Aclimatación de postlarvas de diferentes edades y
criaderos del camarón marino Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) a baja
salinidad. Rev. Biol. Mar. Oceanogr., 40 (2); 109-115. ISSN 0718-1957.
Boyd, C. E. 1990. Water quality in ponds for aquaculture. Brimigham Pub. Alabama
University USA. 482 pp.
Boyd, C. E. 2000. Effluent Composition and water Quality Standards. Global Aquaculture
Advocate. Octuber 2000: 61-66.
Burford, M.A., Sellars, J., Arnold, S.J., Keys, S.J., Crocos, P.J., Preston P.N., 2004. The
contribution of natural biota associated with substrates to the nutrition
requirements of the post-latvae shrimp, Penaeus esculentus (Haswell) in highdensity rearing systems. Aquacult. Res. 35, 508-515.
Canino, R. y A. Segovia-Zavala. 1999. Manual de Prácticas de Contaminación Marina.
Universidad Autonoma de Baja California. Facultad de Ciencias Marinas.
Ensenada, B.C. 80 pp.
Clifford, H. C. 1997. Manual de Operación para el manejo de Super Shrimp en estanques.
Super Shrimp, Sa de CV. Div. Serv. Tec. Sonora. Mexico. 105 pp.
CONAPESCA, 2005. Acuerdo 04/200205/033. del 20 de mayo del 2005. Comisión
Nacional de Acuacultura y Pesca. Comité Técnico de la CONAPESCA. México.
3pp
Gomez-Gil, B., A. Roque y J. F. Turnbull. 2000. The use and selection of probiotic bacteria
for use in the culture of larval aquatic organisms. Aquaculture 191:259-270
Hirayama, K. 1974. Water control by filtration in closed culture systems. Aquaculture. 4:
369-385
INE,
2000.
Instituto
Nacional
http://www.ine.gob.mx/dgoeia/zcoster/zcdir4.html
de
Ecología.
Kesarcodi-Watson, A., H. Kaspar, M. Lategan and L. Gibson. 2008. Probiotics in
quaculture: The need, principles and of action and screening processes.
Aquaculture 274, 1–14
Lezama-Cervantes C., J. Paniagua-Michel y Zamora-Castro J. 2010. Effects of constructed
microbial mats on water quality and performance of litopneaus vannamei postlarvae. Aquacultural Engineering. 42: 75–81.
Neori, A. M. Shipigel y D. Ben Ezra. 2000. A sustainable integrated system for culture of
fish seawed and abalone. Aquaculture. 186:279-291
Páez-Osuna. F. 2001. Camarinocultura y medio ambiente. Ed. ICMyL-UNAM. México.450
pp.
Parson, T.R., Maita, Y., Lilly, C.M., 1984. A manual of chemical and biological methods
for seawater analysis. Pergamon, 173 pp.
Paniagua-Michel, J. and O. G. Garcia. 2003. Ex-situ Bioremediation of shrimp culture
effluent using constructed microbial mats. Aquaculture Engineering 28: 131-139
Perez-Linares J., M. Cadena, C Rangel, Unseta-Bustamante ML, Ochoa JL. 2003. Effect of
Schizothrix calcilcola on White shrimp (Litopenaeus vannameni) postalarvae.
Aquaculture. 218: 55-65.
Rosemberry, B. 1998. World Shrimp Farmining 1998. No11 Shrimp News Internacional,
San Diego, CA. 328 p.
SAGARPA. 2008. Informe de Producción Camaronícola. MILENIO edición electrónica del
29/10/2008. www.milenio.com.mx
Teichert-Coddington, D. R., D. B. Rouse and C. E. Boyd. 1999. Treatment of harvest
discharge from intensive shrimp ponds by settling. Aquacultural Engineering
19:147-161
Timmons, M., Losordo., T., 1994. Aquaculture water reuse systems: enginnering design
and managament. Elsevier, The Netherlands., 333 pp pp.
Timmons, M.B., Ebeling, J.M., Wheaton, F.W., Summerfelt, S.T., Vinci, B.D., 2002.
Recirculating Aquaculture System. NRAC Publication No 001-002, Ithaca, N. Y.,
769 pp.
Tintos, A., Míguez, J.M. Mancera, J.M. y Soengas J.L. Development of a microtitre plate
indirect ELISA for measuring cortisol in teleosts, and evaluation of stress
responses in rainbow trout and gilthead sea bream. Journal of Fish Biology 68:
251-263. 2006.
Thompson, F., Abreu, P.C., Wasielesky W., 2002. Importance of biofilm for
water quality and nourishment in intensive shrimp culture. Aquaculture 203,
263-278.
Wheaton, F.W., 1982. Acuacultura. Diseño y construcción de sistemas. AGT Editor,
México, 704 pp.
Whetstone, J.M., Treece, G.D., Browdy, C.L., Stokes, A.D., 2002. Opportunities and
Constraints in Marine Shrimp Farming. Southern Regional Aquaculture Center,
pp. 8 pp
Zamora-Castro, J.E., 2004. Sistema de bio-remediación de aguas residuales de un efluente
costero-marino, mediante tapetes microbianos construidos., Biotecnología
Marina. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de
Ensenada, Ensenada, B.C. México, pp. 166.
Zar, J.H., 1984. Biostatistical Analysis. Prentice-Hall, N.Y. USA, 663 pp.