sistema de acuicultura de recirculación

Evaluación de un centro de investigación del sistema de acuicultura de recirculación diseñado para abordar las necesidades actuales de conocimiento en la producción de salmón del Atlántico

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Una mejor comprensión de la bioseguridad de los sistemas de recirculación acuícolas es clave para una producción sostenible y ética de salmón del Atlántico en estos sistemas, por lo que este estudio evalúa el rendimiento en una nueva instalación de este tipo destinada a la investigación de infecciones de peces, tomando el salmón del Atlántico como modelo.

El salmón del Atlántico (Salmo salar) es una de las principales especies de peces cultivadas en el mundo, con una producción anual de alrededor de 2.4 millones de toneladas (FAO, 2020). Su ciclo de producción acuícola comprende dos fases diferenciadas: una producción de smolts en tierra, seguida de una fase de engorda en jaulas marinas hasta alcanzar el tamaño de mercado.

Recientemente, la producción en tierra ha pasado del uso de sistemas tradicionales de flujo continuo a sistemas acuícolas de recirculación (RAS, por sus siglas en inglés). La mayor adopción de RAS para producir smolts y postsmolts se debe, en parte, a los beneficios de un entorno de producción controlado, incluida la reducción de los impactos ambientales negativos, una ubicación flexible y una alta bioseguridad.

“En teoría, la bioseguridad es más estricta en los RAS que en otros sistemas de producción, como los sistemas de flujo continuo, aunque todavía se presentan filtraciones de patógenos que provocan eventos de mortalidad masiva y grandes pérdidas económicas.”

Los patógenos, que van desde bacterias y virus hasta hongos y parásitos, pueden infectar a los peces cultivados en RAS. Entre los patógenos que representan un problema grave en el cultivo basado en RAS de salmónidos, se encuentran el virus de la necrosis pancreática infecciosa (IPNV, por sus siglas en inglés), los agentes bacterianos de la enfermedad branquial Flavobacterium spp. y Ca. Branchiomonas cysticola, o el agente de la enfermedad bucal roja entérica Yersinia ruckeri.

Es un desafío desarrollar estrategias de desinfección para controlar los brotes de patógenos, en el agua de cultivo y las unidades de tratamiento de agua en los RAS, sin afectar negativamente la salud y el bienestar de los peces o la comunidad de bacterias nitrificantes en los biofiltros.

En tal sentido, este estudio tiene por objetivo describir y evaluar una nueva instalación RAS para la investigación de patógenos de peces, enfocado en el salmón del Atlántico como modelo animal.

Materiales y métodos

Los ensayos experimentales se llevaron a cabo en el laboratorio de salud de los peces de la estación de investigación de acuicultura de Tromsø (Havbruksstasjonen i Tromsø AS, Kårvik, Noruega). Las nueve unidades RAS individuales están ubicadas en una de las salas de infección del centro de investigación (Figura 1).

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En la Figura 2 se muestra el esquema del flujo de agua a través de las diferentes unidades RAS.

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Se incubaron huevos oculados de salmón del Atlántico (AquaGen Atlantic QTL-innOva PRIME, AquaGen AS, Trondheim, Noruega) y los peces se criaron en un sistema de flujo continuo a ± 7.5ºC bajo un fotoperíodo de luz continua hasta alcanzar ~10–26 g de peso corporal.

Los peces fueron alimentados continuamente (~23 h/día) hasta la saciedad con dietas comerciales (gránulos de 1 y 2 mm, Nutra Olympic, Skretting, Noruega) a través de un alimentador automático de correa. En el experimento 5, los peces se alimentaron con una dieta experimental formulada para salmón Atlántico parr-smolt (gránulos de 2 y 3 mm de tamaño, Nofima AS, Bergen, Noruega).

Los datos biológicos, la calidad del agua y los parámetros de gestión del sistema de cinco ensayos experimentales independientes realizados entre septiembre de 2020 y julio de 2021, se utilizaron para evaluar las unidades RAS:

Experimento 1. Modelo de desafío de patógenos: vector reposición de agua

Un total de 495 salmones del Atlántico juveniles de (± 12 g) se distribuyeron aleatoriamente entre las nueve unidades RAS. Los peces se sometieron a uno de tres tratamientos por triplicado. Los tratamientos consistieron en:

a) grupo control, donde los peces no estuvieron expuestos a Y. ruckeri;

b) grupo de entrada única, en el que los peces se expusieron una vez a un cultivo de 24 h de Y. ruckeri administrado a través del agua de reposición, y

c) grupo de múltiples entradas, en el que los peces se expusieron a un cultivo de 24 h de Y. ruckeri administrado, a través del agua de reposición, durante 3 días consecutivos.

El período experimental duró 15 días. El peso final de los peces fue de 16 g, la biomasa de 453 g y la tasa de crecimiento específica general fue de 1.92%/día.

Experimento 2. Modelo de desafío de patógenos: vector de peces infectados

Se distribuyó un total de 450 salmones del Atlántico juveniles (± 12 g), infectados previamente con Y. ruckeri o no infectados, entre las nueve unidades RAS utilizando la siguiente matriz de infección:

Control = 0 peces infectados y 50 peces no infectados por unidad RAS; baja carga de patógenos = 5 peces infectados y 45 peces no infectados por unidad RAS, y alta carga de patógenos = 20 peces infectados y 30 peces no infectados por unidad RAS.

Los tres tratamientos se realizaron por triplicado. El período experimental duró 14 días. El peso final de los peces fue de 16 g, la biomasa de 493 g y la tasa de crecimiento específica general de 2.05%/día.

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Experimento 3. Desinfección química: concentraciones de ácido peracético

Un total de 360 de salmones del Atlántico juveniles (± 15 g) se distribuyeron aleatoriamente entre las nueve unidades RAS y se aclimataron durante una semana. Los peces se sometieron a tres diferentes tratamientos, con tres RAS replicados por tratamiento.

Los tratamientos fueron un control (0.0 mg/L), una concentración baja de ácido peracético (PAA) (0.1 mg/L) y una concentración alta de PAA (1 mg/L). El ensayo experimental duró 29 días. El peso final de los peces fue de 35 g, la biomasa de 877 g y el crecimiento específico de 2.92%/día.

Experimento 4. Desinfección química: administración de PAA por pulso vs. continuo

Un total de 360 salmones del Atlántico juveniles (± 26 g) se distribuyeron aleatoriamente entre las nueve unidades RAS y se aclimataron durante 1 semana. Los peces fueron sometidos a tres tratamientos diferentes, con tres repeticiones por tratamiento. Los tratamientos fueron control (sin PAA), pulso PAA (1 mg/L cada 72 h) y PAA continuo (1 mg/L).

El ensayo experimental duró 29 días. El peso final de los peces fue de 54 g, la biomasa de 1,181 g y la tasa de crecimiento específica general de 2.52%/día.

Experimento 5. Esmoltificación: efectos de los niveles de grasa en la dieta en la transformación de parr-smolt

Un total de 990 salmones juveniles del Atlántico (± 19 g) se distribuyeron aleatoriamente entre las nueve unidades RAS y se aclimataron durante 1.5 semanas. Los peces fueron sometidos a tres tratamientos dietéticos diferentes por triplicado:

dieta control, dieta baja en grasa (−5% de grasa) y dieta alta en grasa (+5% de grasa). Los parr se transformaron utilizando un régimen foto-periódico de onda cuadrada que constaba de 6 semanas de “señal de invierno” (LD 12:12), seguidas de 9 semanas de LD 24:0. El ensayo experimental duró 57 días. El peso final de los peces fue de 94 g, la biomasa de 4,721 g y la tasa de crecimiento específica general de 2.81 %/día.

Resultados

Variabilidad de parámetros de peces y calidad del agua

La Tabla 1 refleja las cifras de peso corporal y longitud a la horquilla de los peces de los cinco ensayos experimentales en el muestreo final.

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El coeficiente de correlación entre clases (ICC) fue de 0.1 en promedio, con un rango de 0.0 a 0.4. En general, la variación dentro de los tanques (CVe) fue mayor que la variación entre tanques (CVß): 36 vs. 11% para el peso y 6 vs. 2% para la longitud, respectivamente, CVe y CVß.

La mayor diferencia se observó para el peso, donde los valores de CVe oscilaron entre 22 y 97%, mientras que los valores de CVß oscilaron entre 5 y 20%.

La potencia realizada se calculó utilizando la función wp.crt3arm del paquete R “WebPower” (Zhang y Mai, 2019). Se llevó a cabo un análisis de potencia para la configuración del sistema estándar de nueve tanques con tres tratamientos asignados, tres tanques replicados cada uno, para un rango de peces por tanque de 1 a 60.

La potencia media realizada de los cinco experimentos fue del 59% en peso y del 47% en longitud. La potencia por peso realizada presentó la mayor variación entre los experimentos, variando del 21 al 95%.

La sensibilidad del análisis de potencia estadística se evaluó utilizando un rango de ICC para los tanques agrupados en los tratamientos a 0, 0.1 y 0.2, y los tres tamaños del efecto estandarizados (pequeño = 0.2, medio = 0.5, y grande = 0.8), tal y como lo define Cohen (1988) (Figuras 3A–C).

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Aquí, se puede observar que:

(1) el poder estadístico disminuye con el aumento del ICC,

(2) el poder estadístico aumenta con el aumento del efecto del tratamiento y

(3) el poder estadístico aumenta con el aumento del número de peces muestreados por tanque.

Los parámetros promedio de calidad del agua de los cinco ensayos experimentales se resumen en la Tabla 2. Los valores CVExp. (entre los cinco ensayos experimentales) fueron en promedio un 243,7 % más altos en comparación con los valores CVTrat. (dentro de los cinco tratamientos experimentales).

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Discusión

En el estudio, se utilizaron datos de cinco ensayos experimentales independientes para establecer una línea de base de variación para rendimiento de los peces, calidad del agua y métricas de gestión del sistema de una instalación de investigación novedosa y única para la investigación de patógenos en RAS.

La instalación RAS actual reutiliza el agua y esta característica abre una nueva área de investigación de patógenos: cómo eliminar patógenos en el agua. El estudio evaluó la eficacia de un método de desinfección química que combinó un ciclo de pH bajo-alto para eliminar patógenos, en este caso específico la bacteria Y. ruckeri.

“La evaluación y descripción de nuevas instalaciones de investigación son importantes para el uso eficaz de los recursos, la producción científica de alta calidad y para crear conciencia sobre centros de investigación para la colaboración nacional y transnacional.”

En el estudio se describen los componentes del tratamiento del agua, el flujo del proceso del agua y los límites de calidad del agua para las especies objetivo, información que se puede emplear para otras investigaciones y usuarios de la industria con la finalidad de desarrollar y refinar sus propios sistemas de producción.

En general, el CVß relativamente bajo es una buena indicación de que el orden de magnitud de la variación del tanque/RAS es bajo.

En consecuencia, la instalación de investigación es muy prometedora para la replicar las condiciones experimentales, lo cual es importante para entornos tecnológicos y biológicos complejos como RAS, con el beneficio adicional de que las unidades RAS son independientes y no violan los supuestos estadísticos.

Conclusión

Este estudio describe y evalúa una instalación RAS diseñada específicamente para realizar investigaciones sobre la dinámica de infección por patógenos del salmón del Atlántico y las respectivas estrategias de desinfección. Se tuvieron en cuenta cuatro objetivos principales al diseñar y construir esta instalación:

(1) establecer modelos de desafío con patógenos utilizando peces in vivo,

(2) ofrecer flexibilidad en las tecnologías de desinfección, incluida la ozonización, la radiación ultravioleta y los productos químicos para el agua,

(3) producir un rendimiento de peces y una calidad del agua relevantes para la industria dentro de niveles óptimos para el salmón del Atlántico, y

(4) tener unidades RAS replicadas idénticas e independientes para respaldar diseños xperimentales sólidos y análisis de datos estadísticos.

Los datos de los cinco ensayos analizados indican que la instalación ofrece con éxito los resultados esperados, con la expectativa de que será útil en el desarrollo de nuevos conocimientos para mejorar la bioseguridad de RAS en la industria acuícola del salmón del Atlántico.

Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “EVALUATION OF A RECIRCULATING AQUACULTURE SYSTEM RESEARCH FACILITY DESIGNED TO ADDRESS CURRENT KNOWLEDGE NEEDS IN ATLANTIC SALMON PRODUCTION” escrito por: VASCO C. MOTA – Nofima AS; ANJA STRIBERNY – Nofima AS; GERHARDUS C. VERSTEGE – Nofima AS, Havbruksstasjonen i Tromsø AS; GARETH F. DIFFORD – Nofima AS, Norwegian University of Life Sciences; CARLO C. LAZADO – Nofima AS.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en ABRIL de 2022, en FRONTIERS IN ANIMAL SCIENCE. Se puede acceder a la versión completa a través de: doi: 10.3389/fanim.2022.876504.

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