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INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA
ESTUDIO PARA EVALUAR EL BALANCE DE MASAS DE
NUTRIENTES Y LA CALIDAD DE AGUA EN UN SISTEMA
EXPERIMENTAL DE ACUAPONIA
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE
MAESTRO EN CIENCIAS EN RECURSOS NATURALES
PRESENTA
CRHISTIAN ANIBAL SILVA ONTIVEROS
CD. OBREGÓN, SONORA ENERO DE 2012
i
INDICE
INDICE .......................................................................................................................... i
INDICE DE GRAFICAS Y TABLAS ............................................................................ iv
INDICE DE FIGURAS ................................................................................................. vi
RESUMEN ................................................................................................................. vii
I. INTRODUCCION ..................................................................................................... 1
1.1 Planteamiento del problema ........................................................................... 2
1.2 Justificación ..................................................................................................... 3
1.3 Objetivos .......................................................................................................... 4
1.3.1 Objetivo general ........................................................................................ 4
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................... 4
1.4 Hipótesis ........................................................................................................... 5
II. MARCO DE LA INVESTIGACION .......................................................................... 6
2.1 Agricultura y acuicultura ................................................................................. 6
2.1.1 La seguridad alimentaria .......................................................................... 7
2.1.2 Impacto ambiental ..................................................................................... 8
2.2 Agricultura ........................................................................................................ 8
2.2.1 Efectos en el agua ..................................................................................... 9
2.2.2 Efectos en el suelo .................................................................................. 10
2.3 Acuicultura ..................................................................................................... 10
2.4 Soluciones de los efectos al ambiente ........................................................ 12
2.5 Acuaponia ...................................................................................................... 13
2.6 Acuicultura multi-trofica integrada (AMTI) ................................................ 15
2.6.1 ¿Qué es? .................................................................................................. 15
2.6.2 Beneficios económicos- ambientales ................................................... 17
2.6.3 Producción sustentable .......................................................................... 17
2.7 Dinámica de nutrientes ................................................................................. 18
2.7.1 Nutrientes en el sistema ......................................................................... 19
2.7.2 Balance de masa ..................................................................................... 20
2.8 Cultivo de chile jalapeño ............................................................................... 22
ii
III. MATERIALES Y METODOS ................................................................................ 23
3.1 Procedimiento del proyecto .......................................................................... 23
3.2 Diseño del sistema agroacuícola ................................................................. 24
3.2.1 Subsistemaacuícola ................................................................................ 24
3.2.2 Subsistema agrícola. .............................................................................. 24
3.2.3 Sistema integrado agroacuícola ........................................................... 25
3.3 Selección de material biológico ................................................................... 26
3.3.1 Peces ........................................................................................................ 26
3.3.2 Plantas ..................................................................................................... 27
3.3.3 Alimento ................................................................................................... 28
3.4 Bioensayo ....................................................................................................... 28
3.4.1 Ubicación del bioensayo ........................................................................ 28
3.4.2 Alimentación ............................................................................................ 29
3.4.3Nutrientes ................................................................................................. 29
3.4.3.1 Agua ................................................................................................... 29
3.4.3.2 En peces y alimento ........................................................................ 30
3.4.3.3 En plantas......................................................................................... 30
3.4.4 Parámetros de control ............................................................................ 30
3.4.4.1pH ........................................................................................................ 30
3.4.4.2Temperatura y Oxigeno disuelto ...................................................... 30
3.4.5Biometrías ................................................................................................. 31
3.4.5.1 Altura de Plantas .............................................................................. 31
3.4.5.2 Tasa relativa de crecimiento (TRC) en plantas .............................. 31
3.4.5.3Peso seco plantas ............................................................................. 31
3.4.5.4 Crecimiento Peces ............................................................................ 32
3.4.5.5 Tasa de crecimiento en peces ......................................................... 32
3.4.6 Balance de masas ................................................................................... 32
3.4.7 Condiciones ambientales ....................................................................... 34
IV.RESULTADOS ..................................................................................................... 35
4.1 Nutrientes ....................................................................................................... 35
iii
4.1.1 Agua ......................................................................................................... 35
4.1.2 Peces ........................................................................................................ 38
4.1.3 Plantas ..................................................................................................... 39
4.2 Balance de masas .......................................................................................... 40
4.3 Evaluación del sistema ................................................................................. 42
4.3.1 Parámetros ambientales ......................................................................... 42
4.3.1.1Humedad ............................................................................................ 42
4.3.1.2 Temperatura ...................................................................................... 43
4.3.2 Parámetros del agua ............................................................................... 44
4.3.2.1pH ........................................................................................................ 44
4.3.2.2 Caracterización del agua ................................................................. 45
4.3.3 Desarrollo de peces ................................................................................ 46
4.3.4 Desarrollo de plantas .............................................................................. 47
4.3.4.1 Sobrevivencia ................................................................................... 47
4.3.4.2 Altura ................................................................................................. 48
4.3.4.3 Tasa relativa de crecimiento (TRC) ................................................. 49
4.3.4.4Peso seco aéreo ................................................................................ 50
4.3.4.5 Biomasa ............................................................................................. 51
V.CONCLUSIONES .................................................................................................. 52
VI.BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 53
iv
INDICE DE GRAFICAS Y TABLAS
Grafica 1: Concentración de a) Nitritos (NO2+) b) Nitratos (NO3+) y c)
Nitrógeno total del SIA durante las 7 semanas del bioensayo. E=entrada
S=salidas, los datos de entradas y salidas corresponden a el agua que
ingresa y se expulsa de las canaletas hidropónicas ......................................... 35
Grafica 2: Concentración de a) Fosforo disuelto y b) Fosforo total del SIA
durante las 7 semanas del bioensayo. E=entrada S=salidas, los datos de
entradas y salidas corresponden a el agua que ingresa y se expulsa de las
canaletas hidropónicas ..................................................................................... 36
Grafica 3: Nitrógeno total de Tilapia en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño ... 37
Grafica 4: Fosforo total de Tilapia en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño ...... 37
Grafica 5: Concentración final de Nitrógeno total en plantas en un SIA de
Tilapia y Chile jalapeño .................................................................................... 38
Grafica 6: Concentración final de Fósforo total en plantas en un SIA de
Tilapia y Chile jalapeño .................................................................................... 38
Grafica 7: Humedad relativa del ambiente durante el bioensayo .................... 42
Grafica 8: Registro de temperatura en el ambiente durante el bioensayo ....... 43
Grafica 9: Medición de pH en el agua durante el bioensayo ........................... 44
Grafica 10:Sobrevivencia de plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño ............................................................................................................ 47
Grafica 11: Crecimiento de plantas en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño .... 48
Grafica 12: TRC de plantas en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño ................ 49
Grafica 13: Peso seco de plantas en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño ...... 49
Grafica 14: Biomasa plantas en un SIA con Tilapia y Chile jalapeño .............. 50
Tabla 1: Nutrientes del alimento empelado en el SIA ...................................... 28
Tabla 2: Balance de los nutrientes en un SIA de Tilapia y Chile jalapeño ...... 39
Tabla 3: Determinación de nutrientes realizada la primera semana del
bioensayo ......................................................................................................... 45
v
Tabla 4: Datos de crecimiento de Tilapias en un SIA con Chile jalapeño ........ 46
vi
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Procedimiento del proyecto .............................................................. 23
Figura 2: Sistema de recirculación acuícola utilizado para el bioensayo
mostrando sus diferentes componentes a) vista frontal y b) vista lateral ........ 24
Figura 3: Subsistema agrícola utilizado en el bioensayo mostrando sus
principales características ................................................................................ 25
Figura 4: Esquema del SIA donde se muestra el flujo del agua a través de
los subsistemas ................................................................................................ 25
Figura 5: Colecta de peces provenientes de los estanques de cultivo del
CETT 910 ......................................................................................................... 27
Figura 6: Plantas de chile jalapeño empleadas en el SIA ............................... 28
Figura 7: Criterio empelado en el flujo de nutrientes dentro del SIA ............... 33
vii
RESUMEN
La acuaponia es un sistema integrado que liga la acuicultura en recirculación con
hidroponía, aquí los efluentes ricos en nutrientes provenientes de la acuicultura son
usados como fertirriego en camas hidropónicas, ya que la concentración de
nutrientes es similar a las soluciones nutritivas. El objetivo del presente trabajo fue
evaluar los cambios en la calidad de agua y la distribución y balance de nutrientes
(NO2, NO3, NT, PS, PT)en un sistema de acuacultura integrado para la producción de
tilapias (Oreochromis niloticus) y plantas de chile (Capsicum annuum L), durante 46
días.El sistema integrado agroacuícola (SIA) tiene una capacidad de 500 Ly operó a
una velocidad constante de recambio de agua de 1 L por minuto. El sistema está
compuesto por dos subsistemas con acuarios acrílicos (para los peces) conectados
directamente a tubos de PVC (para las plantas).Los principales nutrientes (Nitrógeno
y Fósforo) que ingresaron al sistema provenían del alimento formulado para los
peces con un 25% de proteína.En el subsistema de acuacultura se evaluó un
tratamiento por duplicado que consistió en cultivar 23 gramos de peces/acuario
utilizando seis réplicas.En el subsistema de agricultura se utilizaron tratamientopor
duplicado y un control con 8 plantas. Los resultados muestran que los compuestos
como; el nitrógeno total, nitratos, nitritos, fosforo total y disuelto mostraron
concentraciones crecientes durante el experimento pero sin llegar a niveles tóxicos
para los peces y con suficiente aporte para el desarrollo de las plantas.La producción
de tilapia, sobrevivencia y Factor de Conversión del Alimento, no mostraron
diferencias significativas (p<0.05). El balance de nutrientes revela que las tilapias
pudieron asimilar el 41.6% del nitrógeno y 65.8% del fósforo del total de las entradas.
La mayor fuente de los nutrientes que ingresaron provenían del alimento que
sumaron el 71.4% de nitrógeno y 56.6% del fósforo del total de las entradas. El
balance de nutrientes en las plantas de chile indica que éstas aprovecharon solo el
0.21% de nitrógeno y 0,21% de fósforo del total de las entradas. Las pérdidas de
nutrientes estimadas en los filtros del SIA fueron de un 45% de nitrógeno y 29.7% de
fósforo del total de las entradas. El agua drenada al final de la cosecha contenía un
13.0% de nitrógeno y un 12.4% de fósforos del total de las entradas. El estudio
viii
demuestra que el SIA generó condiciones favorables principalmente para los peces
que aprovecharan un alto porcentaje de los de nutrientes acumulados, además de
mantener condiciones aceptables de calidad de agua y la reducción significativa de
pérdidas de nutrientes al ambiente, no obstante que para un mejor desarrollo de las
plantas se requerirán de estudios que precisen el flujo de nutrientes lo cual provea de
información suficiente para aumentar los niveles de recuperación de nutrientes y
poder definir óptimos protocolos de operación en este tipo de sistemas integrados.
I. INTRODUCCION
La acuaponia es un sistema de producción de alimentos que incluye la incorporación
de dos o más componentes como peces y vegetales o plantas, en un diseño basado
en la recirculación de agua (Garciaet al., 2005). Este mismo autor señala que el
principio básico radica en el aprovechamiento de la energía del sistemapor los
componentes comerciales que desean producirse.
Diversos estudios señalan que sólo una fracción del alimento para los peces —20 a
30%— (Church y Pond, 1982), se metaboliza e incorpora como tejido, mientras que
el resto se encuentra en la excreción, alimento no consumido y diluido. Esta fracción
de nutrientes puede ser utilizada para el crecimiento de las plantas (Rakocy, 1989).
La producción simultánea de peces y plantas es posible dado que los requisitos del
sistema para el crecimiento de peces son muy similares a los requisitos necesarios
para el cultivo de plantas (Timmons, 2002). De acuerdo con este autor los sistemas
de recirculación están diseñados para cultivar grandes cantidades de peces y plantas
en volúmenes relativamente pequeños de agua, debido a su capacidad de
tratamiento y reutilización; durante el proceso continuo de tratamiento y reutilización,
los nutrientes no-tóxicos y la materia orgánica que se acumulan en el agua pueden
ser de gran valor al ser utilizados en el cultivo de plantas.
2
1.1 Planteamiento del problema
En la agricultura los fertilizantes representan alrededor del 50% de los costos de
producción agrícola. Los precios globales de los fertilizantes con base en nitrógeno
se elevaron en 2008 a más de 450 $USD.ton-1, cerca del doble que los costos del
año anterior. Más de la mitad del nitrógeno y fósforo son liberados de los sistemas de
producción a los ecosistemas adyacentes con efectos en la contaminación del
manto freático, eutrofización de ecosistemas acuáticos y generación de gases de
invernadero (FAO, 2008).
Mientras tanto, en la acuacultura el alimento además de representar hasta un 50%
de los costos operativos, puede constituir una de las principales causas de
contaminación tanto de los sistemas de cultivo como de los ecosistemas contiguos
(Martínez, 1999).
En el caso del nitrógeno se estima que la actividad agrícola solo recupera el 50%
(FAO, 2008) y en el caso de la acuicultura un 20% (Magallon, 2006).
Los nutrientes procedentes de estanques acuícolas se asemejan a las soluciones de
nutrientes empleados en hidroponía (Endut et al., 2009): Mateus (2009) dice que
pueden ser empleados como fertiriego para la agricultura, obteniendo así otro cultivo
que puede generar a su vez una ganancia adicional.
No obstante uno de los principales problemas que enfrenta la acuaponia es el
desconocimiento de la ruta que siguen los nutrientes a través del sistema. Por esto
se plantea la siguiente pregunta ¿Cuál es la dinámica de nutrientes en un sistema
integrado de acuaponia para el cultivo de tilapia (Oreochromis mossambicus) y su
reciclamiento por un cultivo de chile (Capsicum annuum)?
3
1.2 Justificación
El abastecimiento de alimentos a la población mundial creciente es tan importante y
siempre lo será, por lo que se han buscado alternativas agrícolas para incrementar la
producción y calidad de los alimentos y satisfacer dicha demanda. Para garantizar la
seguridad alimentaria de una población mundial de 9,000 millones en 2050, se
requiere incrementar la producción sostenible de alimentos entre 60 y 100%, y
hacerlo sin afectar los bienes y servicios ambientales resulta difícil (NPG, 2011).
El incremento de la producción agrícola requiere aumentar la superficie de cultivo o,
intensificarse de manera sostenible y al mismo tiempo asegurar la inocuidad de los
alimentos. Hay una necesidad urgente de innovación en agricultura que ofrezca altos
rendimientos con menor uso de agua, fertilizantes, plaguicidas, energía y otros
insumos (FAO, 2008).
La superficie agrícola que opera en ambiente protegido representa únicamente el
0.23% a nivel mundial, lo cual se desarrolló en los últimos cinco años. En Países
desarrollados se estima que el 50% de la producción agrícola a cielo abierto se
pierde por problemas relacionados con plagas y enfermedades. En tanto que en
nuestro País se estima que el 96.71% de la superficie agrícola utiliza plaguicidas,
que están relacionados con problemas de salud (FAO, 2008).
La acuaponia presenta varias ventajas sobre los sistemas convencionales de
producción de alimentos: reduce la cantidad de nitrógeno peligroso en las descargas,
la cantidad de agua por su reutilización, los costos de operación por acarreo de agua,
además produce vegetales con un valor agregado porque pueden ser considerados
como ―productos orgánicos‖, y elimina el uso de químicos como plaguicidas y
fertilizantes contribuyendo al incremento en la ecoeficiencia en el uso del suelo y
nutrientes, también a la sanidad e inocuidad alimentaria (Diver, 2000).
4
No obstante a pesar de los avances biotecnológicos de la acuaponia existen pocos
estudios sobre la dinámica de nutrientes en estos sistemas. El conocimiento de la
dinámica de nutrientes es importante por varias razones.
Para evaluar el flujo de los nutrientes en el sistema de acuaponia.
Para evaluar la eficiencia o reciclamiento de los nutrientes en los sistemas
de producción.
Para estimar el potencial del sistema en términos de aprovechamiento del
agua.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo general
Estimar el flujo de nutrientes en un sistema integrado agroacuicola empleando un
modelo de balance de masa con la finalidad de deducir la dinámica de los nutrientes
y su reciclamiento a través del sistema integrado.
1.3.2 Objetivos específicos
Calcular el flujo de nutrientes en el sistema integradomediante análisis
colorimétricos para conocer los cambios en la calidad de agua.
Calcular el balance de masas a través de ecuaciones para conocer la
eficiencia de los nutrientes y/o el aprovechamiento de los mismos.
Evaluar la integración del sistema de agricultura y acuacultura considerando la
información del desarrollo de las especies involucradas.
5
1.4 Hipótesis
El reciclamiento de los nutrientes un sistema integrado agroacuícola de tilapia y chile
generan cambios significativos en la asimilación o aprovechamiento de los mismos, y
su control representa una alternativa de producción sustentable.
1.5 Limitaciones
Se trabajó con tilapias juveniles en fase de crecimiento sin llegar a una etapa
comercial, en el caso de las plantas se trabajó con plantas de chile en etapa joven
sin alcanzar le fase productiva. En este trabajo se evaluó la dinámica del Nitrógeno y
Fósforo en un sistema acuaponico de chile Capsicum annuum L y tilapia
Oreochromis mossambicus describiendo las formas de Nitrógeno y Fosforo
residuales: Nitritos, Nitratos,Nitrógeno total, Fósforo disuelto y Fósforo total. Todo el
desarrollo experimental es a nivel laboratorio.
1.6 Delimitaciones
Este experimento se llevó a cabo en el laboratorio de eco fisiología marina en el
edificio CIIBAA en el Instituto Tecnológico de Sonora, Unidad obregón Campus
centro, de Enero a Agosto del 2010.
II. MARCO DE LA INVESTIGACION
2.1 Agricultura y acuicultura
La agricultura se puede definir como la actividad que ejerce el hombre haciendo uso
deliberado de la tierra para extraer bienes del suelo gracias ala aprovechamiento de
la energía solar. Es una actividad estratégica para cualquier sociedad. Destaca el
hecho de que las poblaciones que han avanzado se han desarrollado
anteponiéndose a las demás, lo han conseguido al alcanzar en primer lugar una alta
eficiencia en la producción de alimentos y fibras (Sinergia, 2011).
La agricultura comprende todo un conjunto de acciones humanas que transforman el
medio ambiente natural, con el fin de hacerlo apto para el crecimiento de plantas de
importancia y de la misma manera el mejoramiento de las cosechas como el cultivo
de hortalizas (Van Heaff 1990). Actualmente, los gobiernos, los donantes y los
profesionales del desarrollo reconocen que la agricultura es fundamental para el
crecimiento económico y la seguridad alimentaria, especialmente en los países en
los que una parte significativa de la población depende de dicho sector (FAO, 2010).
Por otro lado la acuicultura es el cultivo de organismos acuáticos, incluyendo peces,
moluscos, crustáceos y plantas acuáticas (FAO, 2001). La acuicultura ha sido el
sistema de producción alimenticia con el crecimiento más rápido debido ala
demanda de alimentos, la gran demanda de productos marinos, la decadencia de
las poblaciones silvestres y el decreciente acceso a la pesca. El sector productor
crece en promedio un 10% por año (Guangzhi, 2001).
7
2.1.1 La seguridad alimentaria
La FAO calcula que de 2007 a 2009 hubo un incremento sin precedentes en el
número de personas que padecen hambre y subnutrición en el mundo, el cual supero
la cifra de 1 000 millones en 2009, esto como consecuencia de la crisis de los precios
de los alimentos seguida de la crisis financiera y la recesión económica mundial
(FAO, 2010).
El consumo de alimentos per cápita ha aumentado a lo largo de los últimos decenios,
muchos países siguen sufriendo escasez de alimentos e insuficiencia de nutrientes, y
las mayores desigualdades se dan en el acceso a los alimentos (FAO, 2009).
Los precios de los productos básicos están a un nivel más alto y se prevé que los
precios aumenten en la próxima década y se mantengan en niveles superiores a los
de la última década, provocando así que la agricultura se enfrenta a mayores costos
de producción. Esto crea una necesidad de incrementar considerablemente las
inversiones en la agricultura con el fin de aumentar la productividad de manera
sostenible en el plano medioambiental así como la producción, mejorando al mismo
tiempo la contribución de la agricultura al crecimiento económico y la mitigación de la
pobreza (FAO, 2010).
Por otro lado el aumento mundial del consumo de pescado coincide con las
tendencias del consumo de alimentos ya que el pescado contribuye a la seguridad
alimentaria en muchas regiones del mundo (FAO, 2009). El pescado es muy nutritivo,
y constituye no solo una fuente de valiosas proteínas, sino también de
micronutrientes, minerales y ácidos grasos fundamentales (FAO, 2009). Se estima
que el consumo de pescado per cápita mundial ha aumentado de manera continua
desde una media de 9,9 kg en la década de 1960 hasta los 16,4 kg en 2005. No
obstante, este incremento no ha sido uniforme en todas las regiones (Millicay, 2007).
8
La producción acuícola está desempeñando una función cada vez mas importante
para satisfacer la demanda de pescado y productos pesqueros para consumo
humano. En los últimos años se han registrado importantes incrementos en la
cantidad de pescado para consumo humano procedente de la acuicultura (FAO,
2009).
2.1.2 Impacto ambiental
Se establece que existe un impacto ambiental cuando alguno de los componentes
del medioambiente sufre una alteración causada por una acción o actividad que
puede ser agrícola, acuícola o de otra naturaleza. Toda la legislación y la normativa
de preservación ambiental tienen por objetivo evitar o minimizar las alteraciones
desfavorables así como los impactos medioambientales con efectos negativos
(Sinergia, 2011).
2.2 Agricultura
A diferencia de las industrias, la agricultura, al ser una actividad de producción de
alimentos que trabaja con insumos naturales como son la tierra y el agua, se ha
visto libre de ser considerada una actividad con capacidad de crear impacto o efecto
negativo en el medio ambiente. Hoy en día este concepto de la agricultura ha
cambiado enormemente al quedar demostrado que es susceptible de provocar
grandes daños en el entorno, su potencial dañino es incluso superior a determinados
sectores industriales (Giraldez et al., 1990).
Una actividad agraria orientada a maximizar la producción genera formas de
explotación que superan la capacidad de recuperación de los ecosistemas, en contra
posición al concepto de producción sostenida que permitirá mantener y aprovechar
de forma continúa los recursos (Gómez Orea, 1988). Este mismo autor señala que
las causas más conocidas de sobre explotación, por sus efectos en el suelo y en el
9
agua, se relacionan con la intensificación del sistema de cultivo, siendo alguno de
sus efectos negativos los siguientes:
Disminución de la productividad del suelo por erosión o compactación,
perdida de materia orgánica, retención hídrica, actividad biológica y
salinización.
Acumulación de contaminantes: sedimentos, fertilizantes, pesticidas, etc.
Falta de agua: sobre explotación al no respetar los ciclos naturales que
mantienen su disponibilidad.
Riesgos potenciales para la salud relacionados con la aparición de residuos
en ocasiones tóxicos, en los alimentos.
Los principales impactos se relacionan con la contaminación que afecta a la calidad
de las aguas superficiales y subterráneas, al suelo y al paisaje. Estas formas de
contaminación obedecen al mayor uso de insumos químicos perturbando los
ecosistemas y acumulándose además en la cadena alimentaria (Banco Mundial,
1992).
2.2.1 Efectos en el agua
Los estudios realizados sobre la calidad de agua y su evolución en el tiempo señalan
que uno de los capítulos de mayor interés en la contaminación de aguas, por su
extensión, intensidad y persistencia, es el que originan los nitratos. Hasta tal punto
que su concentración de acuíferos en explotación dentro de zonas de agricultura
intensiva llega a ser inquietante por la rapidez de su desarrollo (ITGE, 1985).
Los nitratos pueden estar presentes en las aguas subterráneas, aunque su
concentración no suele superar los 10mgl-1; por tanto el incremento de la presencia
de compuestos nitrogenados en el agua subterránea indica la existencia de focos de
contaminantes de distinto origen. Pero en los casos estudiados se relaciona con
prácticas de abonado intensivo e inadecuado, a base de tales compuestos. El
10
mecanismo de introducción, a partir de la superficie, es el arrastre de contaminación
por aguas de infiltración; aunque también puede obedecer a la penetración de aguas
superficiales contaminadas desde ríos, acequias, etc. Es así un caso de
contaminación dispersa que acaba alterando la calidad de las aguas, con la
consiguiente pérdida de su capacidad respecto al uso al que estaban destinadas
(ITGE).
2.2.2 Efectos en el suelo
El suelo actúa como un sumidero en el que los contaminantes se filtran o se
transforman. La eficiencia de este proceso depende de las propiedades del suelo y
las características del contaminante. La contaminación es uno de los aspectos que
más influyen en la degradación de los suelos ya que la capacidad de desarrollo de
sus funciones se ve afectada negativamente (Rubio, 1992).
Los principales procesos de degradación del suelo son la erosión, la acidificación y la
contaminación por metales pesados, plaguicidas, contaminantes orgánicos, nitratos y
fosfatos. Otras amenazas importantes son la compactación del suelo, las pérdidas de
materia orgánica debidas a prácticas de manejo incorrectas, la salinización y el
encharcamiento (Giraldez et al., 1990).
2.3 Acuicultura
Desafortunadamente, las operaciones acuícolas también pueden producir impactos
negativos en el medioambiente marino (Guangzhi, 2001). La estrategia natural de
alimentación de los peces, la densidad de los peces, la biomasa total, la tasa de
alimentación, calidad de agua y manejo del agua influye en la asimilación de
nutrientes por los peces y la generación de aguas residuales. Estas se acumulan
mientras la alimentación continua en el estanque de cultivo (Rafiee y Sadd, 2005).
11
Los sistemas acuícolas generan continuamente grandes cantidades de desechos
(Mateus, 2009), los cuales son descargados directamente en cuerpos naturales de
agua. Estos desperdicios consisten primeramente en alimento para peces no
consumido, materia fecal y otras excretas. Los desperdicios son una fuente de
contaminación de nutrientes carbono, Nitrógeno y Fósforo (Guanzhi 2001).
Estos desechos enriquecen de materia orgánica causando deterioración en el agua
descargada y en los sedimentos. El efecto inicial de adicionar grandes
acumulaciones de desperdicios orgánicos descomponibles a sedimentos marinos es
el incremento en la actividad microbiana por las bacterias aeróbicas. La demanda de
oxigeno resulta en hipoxia o anoxia localizada, matando la forma de vida aeróbica
más susceptible (Chavez-crooker y Obreque-Contreras, 2010).
La falta de suficiente oxigeno conduce a la muerte o migración de la macrofauna
responsable de la bioirrigacion y por lo tanto el declive en aguas aireadas en los
sedimentos y una mayor propagación de la anoxia. El efecto neto del
enriquecimiento orgánico en los sedimentos es el de uno dominado por bacterias,
ciliado y meiofauna donde la cadena trófica al siguiente nivel es rota (Wildish et al.,
2004). Estos mismos autores dicen que bajo estas condiciones, las bacterias
predominantes son anaerobias, principalmente sulfatos reductores y metanogénicas.
Aunque causa y efecto no han sido bien establecidos, es probable que el
enriquecimiento orgánico impacte de manera que excluye unas especies y
promueve a otras (Pohle et al., 2001).
Cuando las algas mueren en grandes cantidades, la subsecuente degradación puede
reducir el oxigeno disponible drásticamente. Sin embargo, el agotamiento de oxigeno
no es el efecto más perjudicial de la estimulación del crecimiento de fitoplancton. La
floración de especies toxicas de algas puede producir alta mortalidad de peces,
contaminación de mariscos, e incluso puede ser un potencial peligro para la salud
humana. Un ejemplo de una especie de alga peligrosa es la que produce la marea
roja (Guanzhi, 2001).
12
En vista del impacto potencial al ambiente es relevante sugerir la mejora en el
manejo de los desperdicios acuícolas como un objetivo deseable. Remoción del
Nitrógeno y Fósforo del agua para mitigar la eutrofización con la mejora de
tratamientos de sedimento y aguas residuales que reduzca el nivel de materia
orgánica de modo que ara de la acuicultura una práctica de cultivo sostenible en toda
la extensión de la palabra (Chaves-Crooker y Obreque-Contreras, 2010).
2.4 Soluciones de los efectos al ambiente
Como ya se menciono los desechos acuícolas pueden causar un impacto negativo
en el ambiente debido ala liberación de los efluentes acuícolas en las áreas de
alrededor. Pero por el otro lado, los desechos acuícolas pueden ser utilizados para
regar y fertilizar reduciendo el uso de fertilizantes inorgánicos en tierras de cultivos
(Rafiee y Saad, 2005). Esto ya se ha desarrollado durante muchos años; comenzó
con la creación de ―plantas de tratamiento‖ a partir de humedales, en donde se les
hacían llegar los efluentes para que las plantas procesaran el agua (biorremediación)
(Mateus, 2009).
El uso de sistemas de recirculación es un aprovechamiento de este recurso para
minimizar el impacto de la acuicultura en el medioambiente. Aunque el total de
nutrientes liberados es similar en ambos sistemas, los pequeños volúmenes en la
concentración de los efluentes de los sistemas de recirculación son más fáciles de
manejar. Diversas actividades se han estado realizado con la finalidad de reducir las
descargas de contaminación en el ambiente en sistemas continuos. Por ejemplo, en
china se está empleando la policultura de vieiras, pepino marino y quelpo lo cual
reduce la eutrofización y el uso de compuestos anti incrustantes los cuales son
tóxicos (Guanzhi, 2001).
Recientemente Gautier et al. (2004), presentaron dos metodologías parareducir el
efluente; la primera, concordando con Teichert-Coddington et al.(1996), es su
13
sedimentación y la segunda es el aprovechamiento biológico a través de la
producción de moluscos, algas, perifiton y humedales artificiales con plantas
acuáticas emergentes.
De acuerdo con Brix y Schierup (1989), los ecosistemas dominados por macrófitas
acuáticas son considerados como los más productivos en el mundo.
Las plantas acuáticas asimilan nutrientes y crean condiciones favorables para la
descomposición microbiana de la materia orgánica, por esta razón son conocidas
como auto depuradoras de ambientes acuáticos y son utilizadas en el tratamiento de
aguas servidas.
Según lo expuesto por Brister (2001), en reuniones de trabajo sobre la producción
acuícola orgánica, realizadas en los Estados Unidos (ProgramaNacional de
Acuicultura Orgánica de los Estados Unidos, USDA/NOP) en 2000, fueron
identificados cuatro aspectos claves que permitirán manejar orgánicamente la
acuicultura. Siendo estos la salud, la reproducción, la alimentación, y las estructuras
físicas y condiciones de vida de las especies. Dentro de estos últimos aspectos, el
grupo de trabajo concluyó que los sistemas integrados y acuapónicos (integración de
acuicultura y sistemas hidropónicos) entran en el paradigma de producción orgánica
a través de la conservación y el reciclaje de nutrientes.
Otro uso de las plantas acuáticas para el tratamiento del efluente es a través de los
humedales artificiales. Lin et al. (2005), demostraron que estos sistemas pueden
remover entre el 55 al 66% de los sólidos suspendidos, un 37 a 54% de DBO5, entre
un 64 a 66% del amonio y 83 a 94% del nitrito del efluente producido por un cultivo
de camarones.
2.5 Acuaponia
A partir del aprovechamiento de los efluentes de un sistema acuícola, se puede
obtener otro cultivo que genere a su vez una ganancia adicional. La idea principal es
14
brindar los mismos beneficios que la biorremediacion, pero al usar hidroponía,
genera beneficios económicos (Mateus, 2009).
En las ultimas 3 décadas, en la práctica de acuacultura, se han integrado
compartimientos de plantas hidropónicas con diferentes diseños experimentales en
sistemas acuícolas en climas cálidos y fríos para aliviar la acumulación de nutrientes
especialmente, compuestos nitrogenados (Rafiee y Saad, 2005).
Acuaponía es el nombre que se da a la integración de la acuicultura y la hidroponía
Rakocy (1999); Messer (2002) y Rakocy et al. (2003) indican que la acuaponía es el
cultivo de peces y plantas en un sistema de recirculación cerrado. De acuerdo a
Diver (2006) esta actividad está ganando atención como un sistema biointegrado de
producción de alimentos, y que podría realizarse en los sistemas de circulación
cerrados de acuicultura.
En términos generales, se ha reportado que por cada tonelada de pescado que se
produce por acuaponía por año, se pueden llegar a producir más o menos siete
toneladas de algún cultivo, ya sea lechuga o albahaca, según reportan estudios
desarrollados en la Universidad de Islas Vírgenes (Mateus, 2009).
El ambiente controlado (invernadero) para acuaponía comercial está en desarrollo,
tanto en los EEUU. Como para el resto del mundo. Actualmente hay menos de cinco
a gran escala (4.046 m2), en el mundo y sólo dos instalaciones importantes en los
EE.UU. Si bien varias operaciones más pequeñas se encuentran dispersos en todo
el país, la mayoría se encuentran en la escala de "granja familiar", rara vez superior a
¼ de acre (Scott, 2006).
Troell et al., (2003) define la biorremediacion de nutrientes por plantas acuáticas,
principalmente por algas, como una acuicultura multitrófica integrada. El uso de algas
marinas como organismos extractores de nutrientes ha sido demostrado biológico,
técnica y económicamente. En Chile, la integración de salmón y algas permite reducir
15
el impacto negativo del efluente, los costos de las algas son asumidas por el cultivo
de salmón y se produce en un sistema ecológicamente amigable.
2.6 Acuicultura multi-trofica integrada (AMTI)
La acuicultura multitrofica integrada, que consiste en la incorporación de especies de
diferentes niveles tróficos o nutricionales en el mismo sistema, está en auge. Esta
clase de acuicultura promueve la sostenibilidad económica y medioambiental
mediante la conversión de nutrientes sólidos y solubles obtenidos a partir de
organismos alimentados y sus alimentos en cultivos y organismos extractores —lo
que reduce las posibilidades de eutrofización— y gracias al incremento de la
diversidad económica. Dado que los residuos de una especie se convierten en el
alimento de otra, la posible contaminación constituye una preocupación en lo que
respecta a la inocuidad y la calidad alimentarias. No obstante, considerando que es
una práctica relativamente nueva, es necesario realizar investigaciones en esta área
para garantizar que el pescado producido de esta manera no es perjudicial para los
consumidores (FAO, 2009).
2.6.1 ¿Qué es?
La Acuicultura Multi-Trópica Integrada (AMTI) es una práctica en el cual los
subproductos (desechos) de algunas especies son reciclados para que sirvan como
insumos (fertilizantes, alimento) para otros. La acuicultura, en la cual se usa alimento
(por ejemplo: peces, camarones), combinada con la acuicultura de extractores
inorgánicos (algas marinas) y con la acuicultura de extractores orgánicos (moluscos),
con la finalidad de crear un sistema balanceado para la sustentabilidad ambiental
(biomitigación), estabilidad económica (diversificación de los productos y reducción
del riesgo) y aceptabilidad social (mejores prácticas de manejo) (Chopin et al., 2001).
―Multi-Trófica‖ refiere a la incorporación de especies de diferentes niveles
nutricionales en el mismo sistema. Esta es una potencial de distinción de la práctica
16
antigua de policultivo acuático, en el cual simplemente se co-cultivaba diferentes
especies de peces del mismo nivel trópico. En este caso, estos organismos pueden
participar de los mismos procesos biológicos y químicos, con pocos beneficios
sinérgicos, lo que podría potencialmente conducir a cambios en el ecosistema.
Algunos sistemas de policultivo tradicionales, de hecho, incorporan una gran
diversidad de especies, que ocupan varios nichos, así como los cultivos extensivos
(baja densidad, bajo manejo) dentro del mismo estanque. Lo ―integrado‖ en el AMTI
se refiere al cultivo más intensivo de diferentes especies, una cerca de la otra,
conectados por la transferencia de nutrientes y energía a través del agua, pero no
necesariamente en la misma ubicación (Troell et al., 2009).
Países Asiáticos, los cuales proveen más de 2 tercios de la producción acuícola,
han practicado AMTI por siglos a manera de ―prueba y error‖ y empíricamente. Lo
interesante, civilizaciones más exitosas en el desarrollo de sistemas de acuicultura
integrada tratan los desperdicios como valioso recurso, y tienen por largo tiempo,
ciclos de nutrientes integrados en el sistema de agricultura (Chopin et al., 2001).
Avances recientes en técnicas de cultivos AMTI fuera de Asia evolucionado
primeramente de experimentos ingenieriles ecológicos en el uso de cultivos
intensivos como algas marinas y bivalvos como biofiltros en las aguas residuales
acuícolas (Shipigel, 2005).
Algunas veces, el término ―Acuicultura Integrada‖ es usado para describir la
integración de monocultivos a través de la transferencia de agua entre los
organismos. Sin embargo, para todos los propósitos e intenciones, los términos
―AMTI‖ y ―Acuicultura Integrada‖ difieren primariamente en su grado de descripción.
Estos términos son algunas veces intercambiados. La acuaponia, acuicultura
fraccionada, el IAAS (los sistemas integrados agricultura-acuicultura), el IPUAS
(sistemas de acuicultura peri-urbanos integrados) y el IFAS (sistemas integrados de
pesca y acuicultura) deben ser considerados como variaciones del concepto IMTA
(Reidet al., 2007).
17
2.6.2 Beneficios económicos- ambientales
La remuneración económica es alta en los sistemas AMTI en comparación con
sistemas de monocultivo. Naido et al. (2006) implementando AMTI redujeron costos
de manejo en el cultivo de abulón, los tanques sirvieron principalmente para un
crecimiento mayor en el abulón hasta llegar al tamaño requerido comercial, y
cuando se alimentó con una dieta mixta de quelpo y alga cultivable redujo el
consumo de quelpo y se ahorró energía debido a la reducción de utilización de
bomba en la recirculación. El cambio de monocultivo a AMTI incrementa empleos
para la operación de las algas por 1 manejador con 2 ayudantes constituyendo un
beneficio social, en un estudio realizado por Robertson-Andersson en 2007.
En 2010, Nobre encontró que el sistema AMTI reduce el impacto ambiental. Las
descargas de Nitrógeno y Fósforo decrecen un 44% y 23%,respectivamente,de 11.3
ton por año a 6.3 toneladas por año. La reducción de la descarga de Nitrógenoes el
resultado de la captación del alga y el decrecimiento de la acumulación de Nitrógeno
en los tanques de abulón. La reducción de la descarga de Fósforo es principalmente
explicada por una reducción del 50% en la descarga hacia el océano lo que
contrarresta el pequeño incremento de en la concentración de P en la salida del
sistema de recirculación.
2.6.3 Producción sustentable
La AMTI tiene la promesa de contribuir a la sustentabilidad de la acuicultura (Troellet
al., 2009), promueve la sustentabilidad económica y ambiental, mediante la
conversión de los nutrientes sólidos y solubles, de los organismos y su alimento (por
ejemplo, cultivo intensivo de peces y camarón), en cosechas (organismos
extractores), por consiguiente reducen el potencial de eutrofización, e incrementan la
diversificación económica (Reidet al., 2007).
18
Si se selecciona y ubica apropiadamente, las especies co-cultivadas pueden acelerar
su crecimiento mediante la asimilación de los nutrientes extras, proveídos por las
especies que se cultivan mediante la adición de alimento (Chopin et al., 2001). Estos
mismos autores afirman que esto incrementa la capacidad de asimilación ambiental
global del un sitio, por lo tanto reduce el potencial para que se presenten impactos
ambientales negativos.
AMTI permite al productor a diversificar, frecuentemente sin la necesidad de nuevas
ubicaciones o sitios. Las investigaciones iniciales sugieren que el reciclaje de
desechos de un cultivo, como alimento para otros, puede incrementar las ganancias
de un sistema IMTA. El análisis de escenario, también indica que el IMTA puede
reducir el riesgo financiero debido a los riesgos relacionados del clima, las
enfermedades y mercado. Más de una docena de estudios han investigado la
economía de los sistemas IMTA, desde 1985 (Reidet al., 2007).
2.7 Dinámica de nutrientes
Típicamente, las especies de cultivo en las cuales se utiliza alimento (nivel trófico
superior) en un sistema AMTI son peces o camarones carnívoros, quienes
incrementan el abastecimiento natural de alimento o de nutrientes para las especies
extractivas co-cultivadas. El amonio y Fósforo (ortofosfato) solubles de las excretas
de los peces y camarones, son nutrientes inorgánicos disponibles para las especies
extractoras inorgánicas como las algas marinas (Chopin, 2001). Los peces y
camarones, también liberan sólidos orgánicos, los cuales pueden ser alimento para
los moluscos y los organismos que se alimentan de desechos, las especies
extractivas orgánicas.
No todos los nutrientes suplementarios fluyen directamente de los desechos de las
especies cultivadas. Por ejemplo, el amonio puede ser generado por especies
extractivas orgánicas (moluscos) y también puede ser extraído por las algas. Los
19
desechos del alimento también son una fuente de nutrientes adicionales (Rakocy,
2002).
2.7.1 Nutrientes en el sistema
El amoniaco es el principal producto final del catabolismo de la proteína y es
excretado por los peces como amoniaco no ionizado (NH3) a través de las branquias.
El amoniaco, nitrito y nitrato son todos altamente solubles en agua (Peralta, 2007).
El nitrito es un producto intermedio en el proceso de nitrificación del amoniaco a
nitrato. A pesar que es usualmente convertido en nitrato tan pronto como se produce,
la falta de oxidación biológica del nitrito resultará en niveles elevados que pueden ser
tóxicos para los peces; debe ser constantemente monitoreado ya que los altos
niveles podrían indicar una inminente falla del biofiltro (Galli y Sal 2007).
Durante el desarrollo de los peces, la biomasa incrementa por unidad en el sistema
experimental. Es aceptado que la tasa de producción de lodo y la asimilación de
nutrientes en los sistemas de cultivo, dependen del ciclo de vida del pez, el cual
puede variar durante el tiempo en un sistema de cultivo experimental (Rafiee y Saad,
2005).
Se ha estimado que la tilapia roja puede capturar en promedio, 11,46% Fe, 13,43%
Zn, 6.81% Mn, 3.55% Cu, 26.81% Ca, 20.29% Mg, 32.53% N, 7.16% K, y 15.98% P
del total de alimento introducido durante un periodo de cultivo de 20 a 200 g (Rafiee y
Saad, 2005).
Alrededor del 26 % del Nitrógeno introducido en alimento es recuperado en materia
fecal y 24% en sedimento de cultivo de camarón (Funge-Smith y Briggs, 1998).
Además se ha reportado que alrededor del 75% del Nitrógeno y el 80% del Fósforo
introducidos no sonrecuperados en la cosecha de peces en sistemas de cultivo
(Avnimelech y Lache, 1979). Este dato señala el hecho que la principal fuente de
20
desperdicios es derivado de materia fecal y alimento no consumido que son fuentes
de energía y nutrientes para el crecimiento de organismos biológicos (ejemplo,
bacteria, hongos y algas).
En un sistema AMTI, para la remoción de sólidos y el tratamiento del agua, el
efluente del tanque es pasado por un clarificador de aquí fluye al área hidropónica,
estos sólidos removidos deben de ser considerados como una mayor preocupación
porque, en un sistema integrado de pez-planta, la concentración de nutrientes debe
ser bien regulada para proveer una adecuada solución de nutrientes para el
crecimiento de los peces y las plantas. Ha sido estimado que la remoción de los
sólidos por el clarificador es en promedio de el 21% del peso de alimento seco
introducido durante el ciclo de producción (Rakocy et al., 2000).
2.7.2 Balance de masa
La principales especies que han sido estudiadas debido a su impacto ambiental son:
camarón, pez dorado, pez gato, lubina, salmón, mejillón. Estos estudios se han
enfocado en la carga de nutrientes disueltos, sólidos suspendidos y materia orgánica
y demanda bioquímica de oxigeno. De los estudios mencionados, varios modelos de
balance de masas han sido construidos donde el total de nitrógeno y fosforo
descargado en el agua puede ser estimado (No son modelos matemáticos)
(Guangzhi, 2001).
En términos generales, el flujo de masas que involucra a los estanques de cultivo
puede ser representado mediante el modelo de una caja, el cual debe tomar en
cuenta las siguientes rutas de ingreso o entradas (Paez-Osuna, 2001):
El material asociado con el agua de suministro, tanto para llenar el
estanque como para efectuar los recambios de rutina;
El material que ingresa durante las lluvias y por transferencia directa (secta)
desde la atmosfera;
21
La fertilización que incluye a la materia orgánica y los nutrientes;
La siembra de la postlarva;
El suministro de alimento y;
El aporte asociado con las aguas subterráneas.
En el caso de las rutas de egreso de material, que incluye a los desechos fecales y
metabólicos, al alimento sin consumir y los productos de su descomposición, el agua
y la biomasa de los camarones cosechados, se tienen las siguientes salidas
importantes:
El material que acompaña al agua de egreso que normalmente se descarga
a través de las compuertas de salida por las operaciones de recambio
rutinario y el material asociado con el agua que se descarga durante la
cosecha cuando se vacían los estanques.
El material que se volatiliza y que se transfiere del estanque a la atmosfera;
El material que se sedimenta y que al final del cultivo queda depositado en
los sedimentos del fondo, pero que eventualmente se remueve.
El material que forma parte de la cosecha como biomasa y que incluye
obviamente a la especie en cultivo y a la fauna de acompañamiento.
El material que se transfiere a través de los sedimentos vía las aguas
subterráneas.
Este balance de masa generalizado puede ser definido en más detalles para los
nutrientes o sustancias que tienen una mayor posibilidad de provocar, efectos
significativos sobre el medio ambiente. Entre los más atractivos se incluyen al
nitrógeno, fosforo, oxigeno disuelto y la materia orgánica. (Paez-Osuna, 2001).
22
2.8 Cultivo de chile jalapeño
El Chile es una planta de comportamiento anual y perenne, tiene tallos erectos,
herbáceos y ramificados de color verde oscuro, el sistema de raíces llega a
profundidades de 0.70 a 1.20 m, y lateralmente hasta 1.20 m, la altura promedio de
la planta es de 60 cm, las hojas son planas, simples y de forma ovoide alargada, las
flores son perfectas (hermafroditas), formándose en las axilas de las ramas; son de
color blanco y a veces púrpura, el fruto en algunas variedades se hace curvo cuando
se acerca a la madurez; el color verde de los frutos se debe a las altas cantidades de
clorofila acumulada, los frutos maduros toman color rojo o amarillo debido a
pigmentos (licopercisina, xantofila y caroteno), la picosidad es debida al pigmento
capsicina (SIAP, 2010).
El clima para el cultivo del chile debe de ser cálido pues su desarrollo no es el
adecuado si se produce en temperaturas por debajo de los 10°C y por arriba de
35°C. Es moderadamente resistente a la acidez y a la salinidad del suelo (SIAP,
2010).
III. MATERIALES Y METODOS
3.1 Procedimiento del proyecto
El proyecto se divide en 5 partes: Diseño del sistema, selección de material,
bioensayo, resultados y discusión (Figura 1).
Figura 1: Procedimiento del proyecto
Resultados
Discusión
Diseño del sistema
Sub sistema acuícola
Sub sistema agrícola
Sistema integrado
agroacuícola
Selección del
material
Peces
Plantas
Alimento
Bioensayo
Ubicación
Balance de masas
Alimentación
Nutrientes
Parámetros de control
Biometrías
Condiciones ambientales
24
3.2 Diseño del sistema agroacuícola
3.2.1 Subsistemaacuícola
Para la parte de acuicultura se empleó un sistema de recirculación para bioensayos
diseñado por AQUATIC ECO-SISTEMS ®: con una capacidad de 10 l por pecera.
Cuenta con 12 peceras y un sistema de tratamiento de agua a través de varios tipos
de filtros (Figura 2).
Figura 2: Sistema de recirculación acuícola utilizado para el bioensayo
mostrando sus diferentes componentes a) vista frontal y b) vista lateral.
3.2.2 Subsistema agrícola.
Cuenta con canales de PVC de tres metros de longitud, cada uno de ellos con ocho
orificios de 4.5 cm de diámetro y separación de 30cm entre ellos para poder colocar
los organismos agrícolas (Figura 3). Cada canal tiene una capacidad de volumen de
17 l y un recambio de 3.5 veces por hora equivalente a 1 l por minuto recomendado
por Urrestarazu (2004).
b) a)
25
Figura 3: Subsistema agrícola utilizado en el bioensayo mostrando sus
principales características.
El fotoperiodo empleado en el subsistema agrícola fue de 13 horas luz y 11 horas
oscuridad de acuerdo a las especificaciones de SQM (2007). El subsistema cuenta
con 4 lámparas de luz artificial de 75 watts (OSRAM s918), programadas con un
sistema automático de control de tiempo modelo (TORK 8001).
3.2.3 Sistema integrado agroacuícola
El sistema argoacuicola es la fusión del sistema acuícola y agrícola como se muestra
en la figura 4.
Figura 4: Esquema del SIA donde se muestra el flujo del agua a través de
los subsistemas.
26
El sistema agroacuicola cuenta con 12 peceras con capacidad de 10 l cada una
(repetición 1 y 2). El sistema de agricultura está conformado por 3 tubos de PVC de 3
metros con 17 l de capacidad (repetición 1,2 y control)
Para el cultivo de las tilapias se realizó 1 tratamiento con duplicado y 6 repeticiones,
colocando una biomasa de peces 23 g en cada una de las peceras. Para el cultivo de
las plantas de chile fue establecido 2 tratamientos con 8 repeticiones cada uno.
El bioensayo tuvo una duración de 46 días (7 semanas) del 01 de marzo al 15 de
abril del año 2010. Durante este periodo el sistema operó con un flujo constante de
agua de 1 lt por minuto.
3.3 Selección de material biológico
3.3.1 Peces
Se utilizaron pequeños juveniles de tilapia (Oreochromis mossambicus), provenientes
del estanque del Centro Experimental de Tecnología y Transferencia (CETT 910),
perteneciente al Instituto Tecnológico de Sonora (Figura 5).
Los peces fueron trasladados al laboratorio de acuacultura para una previa
aclimatación en tanques de fibra de vidrio con capacidad de 2000 litros, provistos de
aireación constante. El tiempo de aclimatación fue de 24 horas, tiempo en el cual
fueron alimentados con una dieta comercial con 35 % de proteína. Posteriormente se
procedió a seleccionar al azar los organismos, registrando el peso y longitud para
posteriormente colocar cada uno de los tratamientos en las unidades experimentales
correspondientes.
27
Figura 5: Colecta de peces provenientes de los estanques de
cultivo del CETT 910
3.3.2 Plantas
Las plantas de chile jalapeño (Capsicum annuum L.) fueron producidas en un
invernadero comercial de la región. De acuerdo con el productor las plantas fueron
sembradas el día 17 de diciembre de 2009. Fue utilizada una charola de hielo seco
de 200 cavidades tal como lo recomienda Rodríguez (2002), en donde se sembraron
las semillas de chile jalapeño variedad campeón de la empresa sakata®. Las
semillas fueron colocadas en sustrato Sun Shine-3®, a profundidad de 1cm
aproximadamente bajo la superficie de una capa de vermiculita. Una vez sembrado
se mantuvieron húmedas, hasta la emergencia y desarrollo de la plántula. Las
plantas llegaron el día 01 de marzo y el trasplante se realizó a los 83 días después
de siembra (Figura 6).
28
Figura 6: Plantas de chile jalapeño empleadas en el SIA.
3.3.3 Alimento
Se utilizó un alimento comercial para peces de la marca ―Nutripec 2506 AP®‖. Con la
siguiente composición bromatológica:
Tabla 1: Nutrientes del alimento empelado en el SIA
Nutriente Porcentaje
Humedad 12 %
Proteína 25 %
Grasa 6 %
Fibra cruda 5 %
Cenizas 11 %
Calcio 1 %
Fosforo 0,6%
Nutripec, 2010
3.4 Bioensayo
3.4.1 Ubicación del bioensayo
El presente experimento se llevó a cabo en las instalaciones del Laboratorio de
Ecofisiología y Bioensayos Acuáticos del Centro de Investigación e Innovación en
29
Biotecnología Agropecuaria y Ambiental (CIIBAA) del Instituto Tecnológico de Sonora
(ITSON) en Cd. Obregón, Sonora.
3.4.2 Alimentación
Los peces fueron alimentados a saciedad dos veces por día, a las 11:00 am y 16:00
pm. La ración por día fue estimada considerando la sugerencia del fabricante del
alimento; 2 % del peso vivo/día, siguiendo la siguiente ecuación:
Alimentación = peso pez * .02
3.4.3Nutrientes
3.4.3.1 Agua
Las muestras de agua fueron tomadas semanalmente, tanto de la entrada como las
salidas, de los dos sistemas. Las muestras se tomaron en recipientes de plástico
previamente lavados siguiendo las indicaciones de la NMX-AA-003-1980.
Para los análisis se emplearon las metodologías propuestas en las normas
mexicanas: para nitritosNMX-AA-099-SCFI-2006, nitratos NMX-AA-079-SCFI-2001 y
fosforo disponible NMX-AA-029-SCFI-2001.
Para la determinación de Nitrógeno y Fosforo total se realizó una previa digestión de
acuerdo a la metodología de Valderrama en 1981, la cual consiste en una
recolección de 50 ml de muestra, se le agregó 6.6 ml de una mezcla de 50 g de
persulfato de potasio, 30 g de acido bórico y 350 ml de hidróxido de sodio 1M
aforado a 1 L, y se puso a digestión a 15 lb si-1 121 ºC durante 30 min.
Posteriormente se siguieron las metodologías propuestas por las normas mexicanas,
NMX-AA-029-SCF-2001 en el caso de Fósforo total y NMX-AA-079-SCFI-2001 para
Nitrógeno total.
30
3.4.3.2 En peces y alimento
El análisis de N y P en Tilapias y el alimento base empleado, se mandó analizar en el
laboratorio de servicios especiales del Instituto Tecnológico de Sonora, empleando
para la determinación de Nitrógeno total el método 955.04 Kjeldahl (micro) y Fósforo
total el método 969.31 de la AOAC Edición 18, 2005. Las determinaciones fueron
realizadas al final del experimento.
3.4.3.3 En plantas
Los análisis de Nitrógeno y Fósforo para los foliares se realizaron de acuerdo a los
métodos de análisis de agua, suelo y plantas utilizados en el Instituto Nacional de
Investigaciones Agrícolas y Pecuarias (INIFAP-CENID-RASPA). Las determinaciones
fueron realizadas al final del experimento.
3.4.4 Parámetros de control
3.4.4.1pH
Durante el bioensayo se mantuvo un monitoreo del pH en el agua, fueron tomadas
muestras semanales utilizando un phmetro portátil (Hanna pH meter: HY)
3.4.4.2Temperatura y Oxigeno disuelto
La temperatura y Oxigeno disuelto fue revisado diariamente empleando un Oximetro
YSI-B55
31
3.4.5Biometrías
3.4.5.1 Altura de Plantas
La variable altura de la planta se midió desde el ápice hasta la base de la misma que
comprende el nivel del tubo de PVC. La altura de las plantas fue registrada
semanalmente, utilizando una cinta métrica y expresando sus valores en
centímetros, bajo la metodología aplicada por Hernández (2009).
3.4.5.2 Tasa relativa de crecimiento (TRC) en plantas
Para obtener el valor de TRC se utilizó el valor inicial y final de la altura de las
plantas, de acuerdo con la siguiente ecuación:
TRC= ( Af-Ai ) / T
Donde:
Af= Altura final de la planta
Ai= Altura inicial de la planta
T= Tiempo (número de días)
Metodología aplicada por Hernández (2009).
3.4.5.3Peso seco plantas
Se separó la raíz y la parte aérea de la planta y se colocaron en bolsas de papel en
forma independiente y etiquetadas, se secaron en un horno a 70 grados centígrados
hasta llegar a peso constante, bajo la metodología usada por Balboa et al. (2004).
Después se pesó en una balanza analítica Ohaus 313. Las determinaciones fueron
realizadas al final del experimento.
32
3.4.5.4 Crecimiento Peces
Para dar un seguimiento al crecimiento de los peces fueron programadas 3
biometrías a lo largo del experimento una al inicio una intermedia y una al final. Los
peces fueron colectados y pesados de manera individual utilizando una balanza
semianalíticanavigator-OHAUS con una precisión de 0,1 g, previamente se eliminó el
exceso de agua de los peces utilizando papel absorbente.
3.4.5.5 Tasa de crecimiento en peces
Peso inicial promedio (PIP): Es calculado dividiendo la biomasa inicial entre la
cantidad de peces al inicio del bioensayo.
Peso final promedio (PFP): Es calculado dividiendo la biomasa final entre la cantidad
de peces al final del bioensayo.
Promedio de peso ganado (PPG): este se obtiene con la siguiente formula
PPG = (PFP- PIP)/ Días del bioensayo
Tasa de consumo (TC) = Total de alimento consumido (g d-1) / numero de peces
Factor de conversión alimenticia (FCA) = TC/ PPG
3.4.6 Balance de masas
Nutrientes entrada – Nutrientes recuperados = Nutrientes salida (Páez Osuna,
2001)
Donde:
Nutrientes entrada: Nutrientes en el alimento introducido durante el
bioensayo.
33
Nutrientes recuperados: Nutrientes en forma de biomasa en peces y
plantas al final del bioensayo.
Nutrientes salida: Nutrientes perdidos por gasificación, perdida en filtros,
salidas.
En la figura 7 se muestra el criterio empleado en el balance de masas y el flujo de
nutrientes, tomándose en cuenta las entradas y salidas de nutrientes así como las
recuperaciones.
Figura 7: Criterio empelado en el flujo de nutrientes dentro del SIA.
34
3.4.7 Condiciones ambientales
Las variaciones de humedad y temperatura del laboratorio durante el experimento
fueron registradas con un higrómetro con sensor externo (Hygro-Thermometer
RT811E)
IV.RESULTADOS
4.1 Nutrientes
4.1.1 Agua
La concentración de nitrógeno total en agua tuvo un comportamiento ascendente
durante el bioensayo (Grafica 1 c). La concentración inicial fue de 5,45 hasta 66,33
mg/l en el caso de la repetición 1, en la repetición 2 llegó hasta 47,51 mg/l, en
comparación con el tratamiento control el cual solo llego a la concentración de 7,44
mg/l. Las repeticiones 1 y 2 están muy por encima de los valores reportados por
Rafie y Saad en 2005 de 12,4 mg/l en un cultivo de tilapia roja en sistema de
recirculación con un periodo de 21 días. En cuanto a nitratos (NO3+) (Grafica 1 b)
comenzó con una concentración de 0,8396 mg/l en promedio, durante el bioensayo
el tratamiento control llegó a una concentración de 4,617 mg/l, la repetición 1 de
65,04 mg/l y la repetición 2 de 43,77 mg/l. Estos valores se encuentran arriba de los
reportados por Garciaet, al., 2005 de 10 a 40 mg/l durante 10 semanas.
Para los nitritos (NO2+) (Grafica 1 a) se comenzó con 0,0015 mg/l en promedio, se
llego a un máximo nivel de 0,0398 mg/l en el tratamiento control, en la repetición 1 de
0,675 mg/l y para la repetición 2 de 0,4554 mg/l. Estos valores están por debajo de
los reportados por Rafie y Saad en 2005 quienes obtuvieron una concentración de
9,77 mg/l en 21 días de cultivo. Por otro lado estos valores están por encima de los
reportados por Garcia et. al., 2005 de 0,2 a 0,25 mg/l en un cultivo agroacuicola de
pepino-tilapia durante 10 semanas.
36
Cabe destacar que los valores obtenidos de nitritos y nitratos están por debajo del
valor máximo de referencia de los recomendados para organismos acuáticos de <
1,0 mg/l y 400 mg/l respectivamente (Garcia et al., 2005).
Grafica 1: concentración de a) Nitritos (NO2+) b) Nitratos (NO3+) y c) Nitrógeno total
del SIA durante las 7 semanas del bioensayo. E=entrada S=salidas, los datos de
entradas y salidas corresponden a el agua que ingresa y se expulsa de las
canaletas hidropónicas.
-0.1
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9 m
g/l
a)
-10.
0.
10.
20.
30.
40.
50.
60.
70.
mg/
l
b)
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7
mg/
l
SEMANA
Control E Control S R1 E R1 S R2 E R2 S
c)
37
La concentración de fosforo disuelto se puede observar en la grafica 2, aquí se
muestra como se fue incrementando al concentración del fosforo, el cual tuvo una
concentración inicial de 0,192 mg/l, finalizando en el tratamiento control con 1,0851
mg/l, en el caso de R1 llego a una concentración de 2,6725, R2 de 1,6108 mg/l.
Para el fosforo total el valor inicial fue de 0,142 mg/l, el tratamiento control alcanzó
un valor de 2,824 mg/l, en cuanto a R1 y R2 de 4,156 mg/l y 3,353 mg/l
respectivamente. Estos valores están por debajo de los reportados por Rafie y Saad
2005 de 5,9 a 14,5 mg/l pero se encuentran arriba de los reportados por Guanzhi de
198 mg/l en un cultivo de trucha en recirculación.
Grafica 2: Concentración de a) Fosforo disuelto y b) Fosforo total del SIA durante
las 7 semanas del bioensayo. E=entrada S=salidas, los datos de entradas y salidas
corresponden a el agua que ingresa y se expulsa de las canaletas hidropónicas.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
mg/
l
a)
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6 7
mg/
l
Semana
Control E Control S R1 E R1 S R2 E R2 S
b)
38
4.1.2 Peces
La concentración final de Nitrógeno en peces se muestra en la Grafica 3, lo cual
representa un 7% de Nitrógeno total en los peces en ambos casos, así mismo en la
Grafica 4 se representan las concentraciones de Fósforo total de la biomasa de los
peces al final del bioensayo, en la cual se observa que la repetición 1 está apenas
por encima de la repetición 2.
Grafica 3: Nitrógeno total de Tilapia en un SIA con
Tilapia y Chile jalapeño.
Grafica 4: Fosforo total de Tilapia en un SIA con
Tilapia y Chile jalapeño.
18.355 21.902
0
5
10
15
20
25
R1 R2
gram
os
7.257 6.096
0
1
2
3
4
5
6
7
8
R1 R2
gram
os
39
4.1.3 Plantas
En la Grafica 5 se muestra el Nitrógeno encontrado en las plantas, aquí se observa
que la repetición 1 fue la que mayor cantidad de Nitrógeno presentó, con un 241 %
mas que el tratamiento control, la diferencia entre los tres tratamientos es
significativa. Esta misma tendencia se presenta en la cantidad de Fósforo presente
en las plantas (Grafica 6), donde la repetición 1 es el que tiene la mayor retención de
nutrientes, seguido por la repetición 2 y el tratamiento contro, igualmente la diferencia
entre los tres tratamientos es significativa.
Grafica 5: Concentración final de Nitrógeno total en
plantas en un SIA de Tilapia y Chile jalapeño.
Grafica 6: Concentración final de Fósforo total en
plantas en un SIA de Tilapia y Chile jalapeño.
0.051
0.123
0.077
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Control R1 R2
gram
os
0.0103
0.0219 0.0201
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
Control R1 R2
gram
os
a
b
c
a
b c
40
4.2 Balance de masas
Tabla 2: Balance de los nutrientes en un SIA de Tilapia y Chile jalapeño.
Entradas
Recuperación
Salidas
Tratamientos Agua Alimento Plantas Peces Total
Plantas Peces Total
Agua
recirculación
Volatilización
y filtros Total
Nitrógeno
TC (g) 0,6342 0 0,0409 0 0,6751
0,0510 0 0,0510
0,6188 0,0053 0,6241
% 93,9 0 6,1 0 100,0
7,6 0 7,6
91,7 0,8 92,4
R1 (g) 0,6342 33,2716 0,0397 12,2662 46,2117
0,1230 18,3554 18,4784
7,7617 19,9716 27,7333
% 1,4 72,0 0,1 26,5 100,0
0,3 39,7 40,0
16,8 43,2 60,0
R2 (g) 0,6342 35,8584 0,0308 14,0516 50,5750
0,0770 21,9020 21,9790
4,8598 23,7362 28,5960
% 1,3 70,9 0,1 27,8 100,0
0,2 43,3 43,5
9,6 46,9 56,5
Fosforo
TC (g) 0,0166 0 0,0083 0 0,0248
0,0103 0 0,0103
0,0111 0,0035 0,0145
% 66,7 0 33,3 0 100,0
41,4 0 41,4
44,5 14,1 58,6
R1 (g) 0,0166 5,5204 0,0071 4,8494 10,3935
0,0219 7,2568 7,2787
0,4619 2,6529 3,1148
% 0,2 53,1 0,1 46,7 100,0
0,2 69,8 70,0
4,4 25,5 30,0
T2 (g) 0,0166 5,9496 0,0080 3,9107 9,8849
0,0201 6,0955 6,1156
0,3923 3,3770 3,7692
% 0,2 60,2 0,1 39,6 100,0
0,2 61,7 61,9
4,0 34,2 38,1
Después de integrar la agricultura y al acuicultura en un solo sistema agroacuicola se
logró realizar un balance de los nutrientes (Tabla 2). En este sistema integrado se
obtuvo una recuperación del 40-43,5% de N y 61,9-70% de Fósforo. Lo que significa
que un 60-56,5% de Nitrógeno y 38,1-30% de Fósforo quedó sin ser asimilado por el
sistema. Sin embargo del total de nutrientes que no fueron asimilados el 16,8-9,6%
de N y 4,4-4,0% de P se mantienen en el agua en recirculación, quedando
disponibles para el siguiente ciclo de siembra, siendo así que el sistema acuaponico
solo tuvo una pérdida de 43,2-46,9% de Nitrógeno y 25,5-34,2% de Fósforo. En el
caso del tratamiento control se obtuvo una recuperación de 7,6% de Nitrógeno y
41,4% de Fósforo y una pérdida de 92,4% de Nitrógeno y 58,6% de Fósforo.
Los datos de recuperación están por encima de los promedios reportados en
diversos sistemas de cultivo acuícolas, donde se maneja una recuperación promedio
de 25% de Nitrógeno (Hargreaves, 1998) y 35,7 % de Fosforo (Schneider et al.,
2005). En sistemas de recirculación se obtienen mejores recuperaciones de
Nitrógeno y Fósforo como es el caso de Rafie y saad en 2005 donde consiguieron de
27,82% hasta 36,56 % de recuperación de Nitrógeno y de 7 hasta 20 % de
recuperación de Fosforo en un sistema en recirculación acuícola con diferentes
densidades de tilapia.
Se ha visto que en sistemas integrados hay una mejor eficiencia de nutrientes, como
los reportados por Schneider et al., 2005 quienes en un sistema multitrofico integrado
obtuvieron recuperaciones de 20 a 50% de nitrógeno y de 15 a 65 % de fosforo. Y
en otros casos de sistemas multitroficos se ha logrado una recuperación de
Nitrógeno de 52% (Sparus aurata y Ulva lactuca) (Neori et al., 2000), 34% (Ictalurus
punctatus, Scenedemus, bacterias, Oreochromis niloticus) (Brune et al., 2003), 28%
(Penaeus vannamei, Chaetoceros sp., Crassostrea virginica) (Wang, 2003), 62.9%
(Spaurus aurata, Crassostrea gigas/ Tapes semidecussatus, Ulva lactuca) (Shpigel et
al., 1993).
42
Cabe señalar que del total de nutrientes recuperados en plantas y peces, el 99% fue
recuperado en peces, lo cual significa que no obtuvimos una asimilación positiva en
las plantas. El fallo de asimilación de nutrientes pudo ser debido a un mal control del
pH, ya que el desarrollo de las plantas se ve reducido en condiciones de acidez o
alcalinidad marcada. El pH influye en la asimilación de los nutrientes por la planta
siendo el nivel óptimo aconsejado para el manejo de cultivo sin suelo de hortalizas de
5,5 y 6,8, que es el rango en el que se encuentran de forma asimilable la mayor parte
de los nutrientes. Además no hubo un monitoreo de la conductividad eléctrica la cual
mide la concentración de sales disueltas en el agua, este parámetro es muy
importante ya que puede haber en niveles de concentración que pueden resultar
fitotóxicos.
4.3 Evaluación del sistema
4.3.1 Parámetros ambientales
4.3.1.1Humedad
En la Grafica 7 se muestra la variación que hubo en la humedad en el ambiente
durante los 42 días del bioensayo, se observa que la humedad estuvo oscilando
entre el treinta y cincuenta por ciento de humedad relativa, siendo el cuarto día en el
que se obtuvo la mayor humedad relativa de 57% y el día con la menor humedad
relativa se presento el día 17 con 21 %.
43
Grafica 7: Humedad relativa del ambiente durante el bioensayo.
4.3.1.2 Temperatura
La variación de temperatura en el ambiente se muestra en la grafica 8 en esta se
observa como la temperatura se mantuvo entre 24,3 y 27,4 ºC registrados en los días
10 y 29 respectivamente. Este es el parámetro más importante a tener en cuenta en
el manejo del ambiente, ya que es el que más influye en el crecimiento y desarrollo
tanto de las plantas como de los peces. La temperatura óptima para las plantas se
encuentra entre los 10 y 20º C
(http://www.infoagro.com/industria_auxiliar/control_climatico.htm) en cambio para los
peces los rangos óptimos de temperatura oscilan entre 20-30 ºC, pueden soportar
temperaturas menores pero temperaturas menores de 15 ºC no crecen (Saavedra,
2006).
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40
Po
rce
nta
je
Dias
44
Grafica 8: Registro de temperatura en el ambiente durante el
bioensayo.
4.3.2 Parámetros del agua
4.3.2.1pH
En la grafica 9 se muestra la variación del pH en al agua durante las 7 semanas del
bioensayo, este se mantuvo entre 7,2 y 8,5 estabilizándose a partir de la cuarta
semana. Baixauli (2002) dice que el nivel óptimo aconsejado para el manejo de
cultivo de hortalizas se sitúa en valores comprendidos entre 5,5 y 6,8, que es el
rango en el que se encuentran de forma asimilable la mayor parte de los nutrientes.
Por otra parte Saavedra (2003), nos dice que para el cultivo de tilapias los valores
óptimos de pH son entre 7 y 8.
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
Gra
do
s ce
nti
grad
os
Dias
45
Grafica 9: medición de pH en el agua durante el bioensayo.
4.3.2.2 Caracterización del agua
En la primera semana del bioensayo se tomo una muestra de agua para realizarle un
único análisis de micronutrientes esenciales para el desarrollo de las plantas, estos
valores se muestran en la tabla 3, Este análisis muestra las condiciones iníciales del
sistema, en las cuales todos los nutrientes están por debajo de lo recomendado.
Rakocy et al., 2004 nos dicen que la acuaponia pone a disponibilidad la mayoría de
los elementos, en cantidades básicas, sin embargo se sabe que cada planta tiene
requerimientos distintos, donde la concentración de elementos estará en relación al
alimento y especie a cultivar, además menciona que las plantas ocupan altas
concentraciones de potasio (K) y es necesaria su adición. Por otro lado Ramírez et
al., 2008 dicen que La utilización de productos externos rompen el concepto que
propone la acuaponia, sin embargo en algunos cultivos se agregan elementos al
agua o se hacen aplicaciones de manera foliar.
46
Tabla 3: Determinación de nutrientes realizada la primera
semana del bioensayo
Elemento Control
mg l-1
R1-R2
mg l-1
Recomendado*
mg l-1
K
3,91 15,640 156 a 500
Mg
10.5 13.470 34 a 50
Ca
40,60 45,370 93 a 300
S
27,21 38,640 48 a 158
Fe
0,002 00,006 2,5 a 8
Mn
0,002 00,060 0,5 a 0,3
B
0,00 00,070 0,3 a 0,54
Cu
0,017 ,019 0,02 a 0,1
Zn
0,538 ,433 0,05 a 0,1
Mo
Nd Nd 0,01 a 0,2
*Concentraciones mínimas y máximas recomendadas en cultivos hidropónicos (Rodríguez, 2002; Resh, 2006)
4.3.3 Desarrollo de peces
Los datos mas importantes sobre el desarrollo de los peces se muestran en la Tabla
4, aquí se observa que ambos tratamientos iniciaron con un peso promedio de 23 g,
al final del bioensayo la repetición 2 obtuvo un mayor peso final que la repetición 1
sin embargo ésta diferencia de 9 g no es significativa estadísticamente. En cuanto al
peso promedio ganado la R2 es mayor con un incremento de 0,79 g en biomasa por
día, aunque igualmente ésta diferencia no es significativa.
Al emplear un alimento isoproteico se esperaba que no hubiera diferencias entre los
tratamientos, esta ganancia de peso húmedo de mas de 25 g en 7 semanas se
acerca a los resultados reportados por García et. al., 2005 de 25 g en diez semanas
en un cultivo acuaponico de tilapia-pepino.
47
En cuanto a los datos de consumo que se muestra en la misma tabla 4, se observa
que la tasa de consumo fue de 0,90 y 0,97 g dia-1/pez, en R1 y R2 respectivamente,
esta diferencia no es significativa. Estos datos son similares que los reportados por
Camacho en 2009, quien obtuvo una tasa de crecimiento de 0,94 en una producción
de tilapia en sistema de recirculación con una biomasa inicial de 25 g. Por otra parte
estos valores son menores a los presentados en el estudio realizado por Guangzhi
en trucha en sistemas de recirculación quien logró una TC de 1,96.
En cuanto al factor de conversión el mejor fue del R2 con 1,30 en contraste del 2,16
del R1 sin embargo esta diferencia no es significativa, el factor de conversión
alimenticia nos indica la cantidad de alimento consume por cada g de biomasa que
gana. Estos valores están alrededor de los reportados por Rakocy et al 2004 quienes
reportan una tasa de conversión alimenticia de 1,7 en producción de tilapia
acuaponica, de igual forma Guangzhi reportó FC de 1,96 y 1,88 en trucha con
biomasas finales de 50 g en sistemas de recirculación.
Tabla 4: Datos de crecimiento de Tilapias en un SIA con Chile jalapeño.
Tratamiento PIP (g) PFP (g) PPG (g/día) TC
(g dia-1/pez)
FC Biomasa
(g)
R1 23,78 ±1,774 50,22 ±16,61 0,576 ±0,397 0,90 ±0,17 2,16 ±1,29 251,1
R2 23,55 ±3,209 59,76 ±8,973 0,790 ±0,222 0,97 ±0,21 1,30 ±0,40 298,8
4.3.4 Desarrollo de plantas
4.3.4.1 Sobrevivencia
Durante el bioensayo se mantuvo una buena sobrevivencia (Grafica10) en las
repeticiones 1 y 2 se mantuvo el 100% y en el tratamiento control un 87% esto
debido a que se perdió una planta a la sexta semana del bioensayo. En un estudio
realizado por Rakocy et al., 2004 lograron una sobrevivencia del 84,7% en un
cultivo acuaponico de albahaca y tilapia.
48
Grafica 10: Sobrevivencia de plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño.
4.3.4.2 Altura
Los resultados de altura se puede observar en la Grafica 11, aquí se aprecia el
comportamiento de los tres tratamientos, los tratamientos con agua procedente de
los acuarios obtuvieron un mejor crecimiento en cuanto al control, esta diferencia se
aprecia desde las primeras mediciones hasta el final donde estos tratamientos
obtuvieron un incremento alrededor del 40%, en comparación con un 15,9 % que
incremento el control. Las repeticiones 1 y 2 tiene un crecimiento muy similar con una
diferencia de sólo 0,4 cm en el incremento, esta diferencia no es significativa.
Los resultados obtenidos en este trabajo muestran similitud con los realizados por
Zuñiga et al., (2004), donde en la etapa de floración de chile pimiento bajo
condiciones hidropónicas (subirrigación) obtuvieron una altura de 18.7 cm,
concordando entonces a los pocos estudios realizados de pimiento donde se
mencionan que su crecimiento es moderadamente superior al de un cultivo en suelo
87.5 100 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Control R1 R2
Po
rce
nta
je
49
(Rakocy et al., 2004), este mismo autor en 2007 llegó a una altura de 15 cm en
producción de albahaca en un sistema de acuaponia.
Grafica 11: Crecimiento de plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño.
4.3.4.3 Tasa relativa de crecimiento (TRC)
En el caso de la tasa relativa crecimiento (TRC), de igual manera hay una diferencia
entre el control y el tratamiento (R1 y R2), estas diferencias se pueden observar en la
Grafica 12, siendo la repetición 1 la que presenta el mas alto crecimiento de 0.114
cm/día, aun así en comparación contra la repetición 2 la cual registró un valor de
0,106 cm día-1 no es estadísticamente diferente. El tratamiento control obtuvo una
TRC de 0,041 cm día-1 valor que esta muy por debajo de los obtenidos en las
repeticiones.
Los datos obtenidos presentan un valor por debajo de los reportados por Zuñiga et
al., (2004) donde en la etapa de floración de chile pimiento bajo condiciones
hidropónicas obtuvieron una TRC de 0.29 cm día-¹ con riego superficial en
comparación a subirrigación donde se logro 0.50 cm día -¹.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Alt
ura
(cm
)
Semanas
Control
R1
R2
50
Grafica 12: TRC de plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño.
4.3.4.4Peso seco aéreo
En esta variable se presentan diferencias significativas en los dos tratamientos como
se muestra en la Grafica 13, siendo la repetición 1 la que tiene el mejor peso seco
con 0,779 g, por el contrario el tratamiento control es el que menor peso seco
reportó con 0,357 g. La diferencia entre las repeticiones 1 y 2 es de 23,06% y esta
diferencia es estadísticamente significativa.
Grafica 13: Peso seco de plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño.
0.041
0.114 0.106
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Control R1 R2
cm /
dia
0.357
0.779 0.633
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Control R1 R2
Pe
so (
g)
b b
a
a
b c
51
4.3.4.5 Biomasa
Las biomasas finales mantuvieron la misma tendencia que el peso seco como se
observa en la Grafica14, la repetición 1 es el que obtuvo la mayor biomasa de 6,23
g base seca, y el menor fue el tratamiento control de 2,50 g base seca.
Grafica 14: Biomasa plantas en un SIA con Tilapia y Chile
jalapeño.
2.50
6.23 5.07
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Control R1 R2
gram
os
52
V.CONCLUSIONES
Como era de esperarse los principales nutrientes (Nitrógeno y Fósforo) que
ingresaron al sistema provenían del alimento formulado para los peces, no obstante
su concentración creciente observada durante el experimento no llegaron a
representar niveles tóxicos para los peces.
El estudio demuestra que el SIA generó condiciones favorables, principalmente para
los peces que aprovecharon un alto porcentaje de los de nutrientes acumulados,
además de mantener condiciones aceptables de calidad de agua.
El balance de nutrientes revela que las tilapias pudieron asimilar el 41.6% del
Nitrógeno y 65.8% del Fósforo del total de las entradas, niveles superiores a los
registrados en los sistemas tradicionales de cultivo de tilapias.
La capacidad del SIA para controlar los nutrientes a través de los diferentes filtros,
así como su descarga sugiere ventajas importantes con relación a los sistemas
tradicionales de cultivo, favoreciendo el entorno ambiental.
No obstantelas ventajas observadas en el subsistema de los peces, los bajos
porcentajes de recuperación de nutrientes por parte de las plantas, sugieren la
necesidad de estudios que precisen concentraciones óptimas de nutrientes y su
relación con los parámetros físico-químicos para poder definir protocolos óptimos de
operación en este tipo de sistemas integrados.
VI.BIBLIOGRAFIA
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