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Foro de Acuacultura
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La importancia de la calidad de suelos y agua en la producción acuícola

Autor: Richard Martin Rivera,Ingeniero en Acuicultura.

 


El cultivo de camarón en el mundo se ha venido desarrollando y es en la actualidad una de las actividades de mayor crecimiento a nivel mundial. Sin embargo, dada la extensión de la actividad, se crearon con la misma problemas de diversa índole, considerando actualmente factores prioritarios: las enfermedades del camarón durante el cultivo y el manejo de la calidad del agua y suelo (Cruz-Barreras, 1998). El suelo es un factor clave en la producción acuícola, pero menos atención se ha dado para sus condiciones, que para el agua. Los productores de camarón están concientes de la importancia de la calidad del suelo en la producción de animales acuáticos en
piscinas, pero a la vez, existe un desconocimiento de la interrelación suelo-agua con la producción acuícola.

 

Ciertas condiciones en el agua y en el suelo de piscinas camaroneras pueden causar estrés en camarones, así como pérdida de apetito, crecimiento lento, susceptibilidad a las enfermedades y parásitos, y un incremento de la mortalidad. Estos factores traen como consecuencia una disminución de la producción y menores ganancias. Sin
embargo, a pesar de la amplia conciencia sobre la producción eficiente de camarones, que depende de un medio ambiente de alta calidad, los productores por lo general no tienen un adecuado conocimiento de las fuentes del suelo, la buena calidad del agua, ni de como manejar las piscinas camaroneras, a fin de prevenir o reducir estos problemas (Boyd y Tucker, 1992).

Según Boyd (1995), los suelos agrícolas han sido bien identificados y clasificados, mientras que poco conocimiento se tiene acerca de suelos de estanques de acuicultura. Para la agricultura, se ha estudiado más detalladamente los diferentes requerimientos nutricionales del suelo: nitrógeno (N), fósforo (P), iones, capacidad de intercambio de
cationes (CEC), pH, entre otros, para diferentes cultivos. En la acuicultura sólo se conoce el efecto de la textura, contenido de MO, pH y presencia o ausencia de componentes solubles particulares, que pueden ser beneficiosos o perjudiciales para el cultivo de camarón.
En agricultura, la realización de experimentos es más fácil de conducir, mejor observada y de menor costo (pequeñas parcelas, invernaderos, etc.), mientras que en la acuicultura hay dificultad para observar la evolución del ciclo de producción (Boyd, 1995).
En base a la necesidad de determinar la viabilidad de los suelos para el cultivo de camarón, fue objetivo del presente estudio estandarizar un método que permita determinar en forma indirecta el potencial de un suelo para sustentar el crecimiento bacteriano, a través del reciclaje de nutrientes y degradación de materia orgánica,
sirviendo como índice de productividad del suelo. La estandarización permite la replicación y reducción de la variabilidad, favoreciendo el control de variables (humedad, textura, contenido bacteriano, nutrientes, etc.) que puedan afectar la respiración. La condición óptima de estas variables favorece la productividad natural del mismo, lo cual contribuye a la productividad natural del sistema. Por consiguiente, al haber adecuada productividad se espera una buena respiración del suelo. Si la comunidad bentónica se ve afectada por alguna variable adversa del suelo, esto se debería reflejar en la respiración.
Las características edáficas y reacciones bioquímicas de los suelos influyen directamente en la calidad de agua y salud de peces y camarones en estanques acuícolas, (Sonnenholzner y Boyd, 2000a). A pesar, que la calidad del fondo de estanques ha sido reconocida por investigadores y acuicultores como elemento clave para el buen
desarrollo del cultivo, muy pocas investigaciones sobre rangos óptimos de variables químicas, físicas y biológicas de los suelos han sido realizados (Boyd y Teichert- Coddington, 1994).
Existen varios estudios que describen las propiedades de los suelos de estanques camaroneros (Morales et al., 1991; Boyd et al., 1994a; 1994b; Munsiri et al., 1996; Ritvo et al., 1998), pero muy pocos los han relacionado con producciones y salud de los organismos de cultivo. El principal obstáculo para definir relaciones entre
características de suelos y agua con producción, lo constituye principalmente la falta de piscinas experimentales para conducir este tipo de estudios (Rouse, 1968; Walsh y Beaton, 1973).
Esta falta de información sobre relaciones físico-químicas del suelo con producción dificultan muchas veces la interpretación de análisis químicos del suelo (Boyd, 1995).
Los suelos del fondo de los estanques son depósito de muchas sustancias que se acumulan en el ecosistema de un cultivo y la concentración de varias sustancias se encuentra influenciada por las prácticas de manejo (fertilización y alimentación), concentración de sales y otros compuestos que ingresan con el agua de llenado o
recambio. Las variables de suelo que han sido mayormente estudiadas y sobre las cuales se conoce el efecto directo de estos sobre la calidad de agua y salud del cultivo son la concentración de MO total, contenido de azufre total, acidez y pH.

PROPIEDADES QUIMICAS,FISICAS Y BIOLOGICAS DEL FONDO DE ESTANQUES DE IMPORTANCIA PARA ACUICULTURA

El análisis de las características físicas y químicas del suelo sobre el cual se van a construir las piscinas, son esenciales para el éxito del proyecto acuícola. Los análisis químicos y físicos utilizados en agricultura son estándares y pueden ser adoptados para acuicultura con pocas modificaciones.

El problema se presenta, sin embargo, al momento de establecer niveles de concentración u otras características edáficas para fomentar actividades biológicas tales como el incremento de productividad natural del fondo para aumentar el contenido de alimento vivo para cultivos tales como el de camarón, o para incrementar la actividad microbiana de reciclaje de nutrientes y materia orgánica.

En la Tabla 1 se presentan las principales propiedades químicas, físicas y biológicas del fondo de los estanques de importancia para acuicultura. Una de las principales preocupaciones del acuicultor es la acumulación de MO en el fondo, la misma que genera una demanda de oxígeno por la respiración aeróbica de bacterias y otros microorganismos (Boyd, 1992). Además, la anegación del suelo durante el cultivo disminuye la disponibilidad de oxígeno atmosférico, y suprime la tasa a la cual los microorganismos descomponen la MO aeróbicamente, contribuyendo indirectamente a la acumulación de MO.

Como resultado de la demanda de oxígeno, se generan condiciones anóxicas y ácidas y en ausencia de oxígeno disuelto (OD), las bacterias utilizan otros compuestos oxidados como agentes receptores de electrones o agentes oxidantes, tales como nitratos (NO3-) y sulfatos (SO42-) durante el proceso de respiración, creando condiciones de reducción y formación de compuestos químicos, tales como nitrito (NO2-), amonio (NH4+), gas sulfídrico (H2S), metano (CH4), hierro ferroso (Fe2+) y manganeso (Mn2+), que pueden llegar a ser tóxicos y afectar el crecimiento del organismo cultivado (Avnimelech y Zohar, 1986; Boyd, 1995).

 Propiedades del suelo que influyen en el manejo de piscinas de acuicultura (Adaptado de Boyd, 1995).

PROPIEDAD  PROCESO AFECTADO EN EL ESTANQUE
Tamaño de partícula y textura Erosión y sedimentación, estabilidad de  diques, filtración y adecuado hábitat del fondo
pH y acidez Disponibilidad  de nutrientes,actividad    microbiológica, productividad bentónica,  toxicidad del ión hidrógeno
Materia orgánica  Estabilidad de diques, demanda de oxígeno,  suplemento de nutrientes, adecuado hábitat del  fondo.
Concentración de N y relación C:N Descomposición de materia orgánica, disponibilidad de nutrientes
Potencial redox  Producción de toxinas, solubilidad de  minerales.
Profundidad del sedimento Reducción en la profundidad del estanque,  adecuado hábitat del fondo.
Concentración de nutrientes Disponibilidad de nutrientes y productividad.

 

Un leve decrecimiento en la concentración de MO del suelo fue observado después de cinco semanas de reposo en piscinas en Honduras (Ayub et al., 1993). La respiración de suelos durante el período de reposo en post-cosecha de piscinas en Honduras, fue comparada con la respiración durante el período de crecimiento (Boyd y Teichert- Coddington, 1994).

El promedio de la respiración fue de 4,7 gCO2/m2/d durante el período de reposo y solamente 0,75 gCO2/m2/d durante el período de crecimiento. Estos datos son correspondientes a respiración aeróbica y anaeróbica.

La selección de suelos para estanques acuícolas debe considerar, entre otros factores, un contenido de MO relativamente bajo para reducir la demanda de oxígeno durante el cultivo. Según Boyd (1995), la mayoría de las piscinas para acuicultura están constituidas sobre suelo mineral conteniendo no más del 5 al 10% de MO. La MO tiene una concentración promedio de 58% de C., lo que indica que las concentraciones de carbono orgánico del sedimento usualmente son inferiores al 4% en el fondo de piscinas, mientras que en piscinas nuevas el suelo puede contener menos de 0,25% (Boyd, 2003). Sonnenholzner y Boyd (2000a) reportaron que la concentración de carbón orgánico promedio de 74 estanques de cultivo de camarón en Ecuador era de 2,4%.

La MO que se deposita en el fondo de las piscinas también es positivo para el cultivo, ya que constituye una fuente de carbón para el crecimiento de organismos bentónicos que sirven de alimento natural para peces y camarones. Según Anderson (1987), el tipo de degradadores, calidad del ambiente y características del residuo, son las variables que controlan la descomposición de la MO.

Cada tipo de suelo contiene una flora microbiana adecuada para descomponer el sustrato orgánico, pero algunos elementos se descomponen más rápidamente que otros. La MO del sedimento puede dividirse en dos fracciones básicas: MO de fácil descomposición, denominada “lábil” y la MO “refractaria” de descomposición más lenta (Boyd,1995). Durante la degradación de un residuo orgánico, la fracción lábil es consumida más rápidamente por la actividad microbiana, mientras la fracción refractaria resiste a la descomposición y se acumula en el sedimento. Residuos orgánicos complejos contienen ambos componentes lábil y refractario. Los métodos analíticos para la determinación de MO no distinguen estas fracciones, lo cual dificulta la evaluación de la calidad de suelo por contenido de MO. Suelos con mismo porcentaje de materia orgánica total pueden generar diferentes reacciones biológicas y químicas, básicamente por su grado de descomposición o resistencia a la descomposición. Además, otros factores tales como contenido de N y relación C:N en el sustrato orgánico, así como el contenido de oxígeno, influyen directamente en la tasa de descomposición de la materia orgánica (Kristensen et al., 1995).

Por este motivo no se recomienda utilizar el contenido de MO como parámetro único estándar para caracterizar la calidad de suelos y relacionarlo posteriormente con condiciones de producción acuícola.

La medición del potencial redox permite determinar el grado de oxidación o reducción química en el suelo. Potenciales de oxidación negativos reflejan condiciones de reducción producidas por la ausencia de oxígeno disuelto y están asociados a la generación de metabólitos potencialmente tóxicos. Chien et al. (1989) encontraron que concentraciones de gas sulfídrico, amonio, y nitrito en sedimentos de estanques, disminuyeron el potencial redox. Sugiriendo, que la evaluación de las condiciones de los suelos de estanques pueden ser determinadas a partir de la determinación del potencial redox. Chien et al. (1989) categorizaron suelos de estanques de acuerdo con el potencial redox (Tabla 2) e indican que el potencial redox disminuye con la profundidad del sedimento. Shigeno (1978) midió el potencial redox en piscinas de camarón en Japón, donde encontró valores de 0,14 a –0,46V a 2 cm bajo la superficie del suelo.

Tabla 2: Potencial redox para suelos de camaronera categorizado por Chien et al.(1989).

CATEGORÍA  POTENCIAL REDOX
Oxidado   0,40 a 0,70V
Moderadamente oxidado  0,10 a 0,40V
Moderadamente reducido  -0,10 a 0,10V
Reducido   -0,30 a -0,10 V

Masuda y Boyd (1994), en piscinas camaroneras en Taiwan, encontraron a 0,5 cm de profundidad, valores promedios de -0,113V; a 1,0cm -0,162V; a 1,5cm -0,180V y el menor valor reportado a 1,5cm fue -0,250V. Además, midieron potencial redox en estanques de agua dulce y reportaron que en la superficie de suelos en aguas bien oxigenadas, el potencial redox varió de 0,049 a 0,15V, mientras que a 2 cm por debajo de la interfase suelo-agua los valores variaron de -0,023 a 0,135V y a 5 cm de profundidad el potencial redox alcanzó rangos de -0,113 a -0,173V (Masuda y Boyd, 1994. Boyd (1995) midió el potencial redox en suelos de 36 camaroneras donde encontró valores de 0,00 a 0,050V cuando las piscinas fueron inicialmente llenadas y observó que el potencial redox disminuyó a valores de hasta -0,400V después de 3 a 4 meses de colocación de alimento en los estanques. El potencial redox es un parámetro adecuado que indica el grado de anaerobiosis y condiciones químicas que pueden resultar perjudiciales para el cultivo acuícola. Sin embargo, su medición en el fondo del estanque es difícil.

Boyd (1995) describe varios problemas asociados con el uso del potencial redox, entre estos: i) Diferentes medidores pueden ocasionar diferentes lecturas para una misma muestra de suelo o ubicación en el fondo del estanque; ii) El potencial redox declina rápidamente con la profundidad en el suelo y es difícil de insertar un electrodo comercial a una profundidad exacta; iii) El contenido de oxígeno disuelto en el agua puede contaminar el suelo cuando el electrodo es insertado; iv) Una disminución en el potencial redox con la profundidad es un fenómeno normal en un suelo saturado de agua; y v) Existen pocos datos que correlacionen potencial redox del suelo con supervivencia y crecimiento de especies acuícolas. A pesar que la información proporcionada por el potencial redox pueda resultar útil para la evaluación del estado del fondo y potenciales reacciones químicas durante el cultivo, no puede ser utilizado como herramienta de medición para propósitos de selección de suelos en proyectos acuícolas. El pH del suelo es un parámetro de impacto directo extremadamente importante para la calidad de agua y bienestar de los organismos de cultivo.

El ión hidrógeno interviene en un sinnúmero de reacciones bioquímicas y regula la distribución de sustancias químicas entre sus fracciones. Por ejemplo, la especie tóxica del amonio total (NH3) decrece al disminuir el pH favoreciendo la formación de amonio ionizado (NH4+). Por el contrario, una disminución de pH favorece el porcentaje de sulfuro de hidrógeno no ionizado (H2S), reduciendo la proporción de las sustancias de azufre ionizado no tóxicas (HS- y S2-). Además, el pH del suelo es un criterio importante para predecir la capacidad del suelo para sustentar reacciones microbiológicas.

La mayoría de las especies de bacterias conocidas crecen en un rango de pH entre 4 y 9. Sin embargo, existen bacterias que pueden crecer en condiciones de pH entre 1 y 3, entre éstas, algunas especies de Thiobacillus, Thermophalus y Sulfolobus que oxidan minerales de azufre para producir ácido sulfúrico. El proceso de nitrificación es una de las reacciones más sensitivas a cambios de pH. Nitrosomonas spp. tienen un rango óptimo de pH de 7,3 a 9,6, y condiciones distintas de pH pueden favorecer la acumulación de amonio en el sistema. El pH de los suelo puede variar entre 2 a 9. En acuicultura, suelos ácidos son encontrados en instalaciones que han sido construidas sobre suelos con elevado contenido de azufre (>0,5% azufre total). Sonnenholzner y Boyd (2000b) encontraron en su estudio sobre caracterización de los suelos de piscinas camaroneras en Ecuador que el 75% de 74 estanques, presentaban valores de pH entre 6,0 a 8,5. En la mayoría de los casos, suelos con pH ácidos pueden ser corregidos mediante la aplicación de carbonato de calcio. El contenido de macro-nutrientes (N, P) y micro-nutrientes (Ca, Mg, K, Fe, Zn, entre otros) en el suelo, para el buen desarrollo de procesos biológicos en los estanques de acuicultura (metabolismo de plantas, bacterias y otros micro-organismos) ha sido poco estudiado.

A diferencia del conocimiento que se ha adquirido en agricultura a lo largo de varios años de investigación sobre rangos óptimos de nutrientes para el desarrollo de plantas y cultivos, en acuicultura poco o nada se conoce sobre estas relaciones para favorecer el crecimiento de plantas bentónicas en los estanques y así proporcionar nutrientes naturales para las especies de cultivo. La mayoría de los estudios realizados en acuicultura se han limitado a describir las concentraciones encontradas en suelos de diferentes regiones de cultivo (Morales et al., 1991; Boyd et al., 1994a; Munsiri et al., 1996; Sonnenholzner y Boyd, 2000b).

Varios elementos químicos tienden a acumularse en el suelo con el paso de los ciclos de producción. Sin embargo no existe evidencia de un deterioro de la producción asociado a este proceso (Ritvo et al., 1998). A la falta de correlación entre producciones y concentración de elementos en el suelo, se suma la variación del contenido del elemento para un mismo sustrato por efecto del tipo de solución utilizado para extraer el elemento del suelo. Los elementos minerales se encuentran ligados en varias formas, ya sea a partículas del suelo o formando precipitados minerales. Dependiendo de la solución de extracción, se liberarán diferentes fracciones del mineral de interés (Com. pers. Sonnenholzner, 2001). Una solución ligeramente ácida extraerá minerales en forma básica, por ejemplo para el caso del P se disolverán compuestos de minerales de P-Ca, P-Mn, pero difícilmente se extraerán formas de P-Al, o P-Fe. Determinar la fracción significativa para procesos biológicos es difícil, más aún si consideramos que el equilibrio químico y procesos de absorción y liberación de fracciones de un elemento pueden alterarse por efecto de condiciones de pH o potencial redox. Por ejemplo, la solubilidad de Fe2+ y Mn2+ se incrementa en bajos valores de potencial redox, y al aumentar éstos su concentración, generan un desplazamiento de iones Ca2+, Mg2+ y K+ por intercambio iónico. Determinar el déficit o exceso de cada uno de los macro y micro-nutrientes en el suelo y sus combinaciones, tanto entre sí como con otros factores físico-químicos para un desarrollo saludable de organismos de cultivo, requerirá de varios experimentos concentración-efecto. Desde el punto de vista nutricional y fisiológico (balance osmótico), la mayoría de los organismos de cultivo satisfacen sus demandas vía el alimento artificial y/o extracción desde el agua, por lo cual un déficit en un determinado macro o micro-nutriente no tendrá un efecto directo sobre la salud del organismo.

Sin embargo, el déficit de micro o macro-nutrientes puede comprometer la fertilidad del suelo para productividades bentónicas, o afectar balances químicos que controlan la solubilidad de otras sustancias que pueden resultar tóxicas para el organismo de cultivo. Las investigaciones sobre calidad del suelo se han centrado principalmente en términos físicos y químicos, como hemos descrito anteriormente. Sin embargo, la calidad del suelo abarca adicionalmente un componente biológico. Dentro de este componente podemos anotar mediciones de biomasa y actividad microbiológica o diversidad biológica, entre otros.

La determinación de la biomasa y actividad microbiológica son de gran interés para el sistema de cultivo acuícola, debido a que por una parte conforman la base de la cadena trófica del ecosistema suelo-agua y por otra intervienen en varias reacciones bioquímicas que afectan la fertilidad del estanque y salud de los organismos de cultivo. Es variable el número de bacterias presentes en el suelo, ya que diversos factores desempeñan una grande importancia en su crecimiento.

En general, las mayores concentraciones se encuentran en los horizontes superficiales, por presentar condiciones más favorables de temperatura, oxígeno disuelto, humedad y alimentación (Brady, 1989).

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Artículo técnico: Importancia de la calidad de suelos y agua en la producción acuícola
Mes: Enero