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. 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