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Relación carbono-nitrógeno (C:N) en acuicultura simbiótica y su importancia para los cultivos acuícolas

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Por: Dr. David Celdrán Sabater *

La tecnología simbiótica Bioaquafloc, como concepto innovador de acuicultura regenerativa y economía circular, tiene el objetivo de reciclar el nitrógeno almacenado en el agua mediante el uso de fermento. Con el fin de profundizar en el tema, este artículo se centra en explicar porqué el fermento de salvado es una fuente principal de carbono y su aporte en el control de las relaciones C:N bajo esta tecnología, para el buen crecimiento de la especie cultivada.

El nitrógeno amoniacal total (TAN) es uno de los componentes de mayor toxicidad para los animales, producto de su metabolismo. En el agua, se encuentra en dos formas químicas denominadas amonio ionizado o amonio (NH4+) y amonio no ionizado o amoniaco (NH3); es esta última, la forma más tóxica en concentraciones altas de pH y temperatura (Anthonisen et al., 1976).

En los sistemas de acuicultura intensiva, la acumulación de la forma tóxica en el agua suele ser el segundo factor limitante para aumentar los niveles de producción, después del oxígeno disuelto (Ebeling et al., 2006).

Riesgo toxicológico en acuicultura

A niveles tóxicos, los organismos acuáticos son incapaces de extraer la energía necesaria de su alimentación. Por ejemplo, Burkhalter y Kaya (1977) reportaron retrasos en el crecimiento de truchas sometidas a concentraciones de 0.06 ppm NH3 y Chen et al. (2020), describen inhibición en el crecimiento de tilapias sometidas a concentraciones por encima de 0.5 ppm por un tiempo prolongado de 96 h.

Este resultado es producto de la reducción en la capacidad de captación de oxígeno por daños del epitelio branquial, desviación de parte del metabolismo hacia rutas implicadas en la desintoxicación, pérdida de iones por incremento del flujode orina, inhibición de la absorción de Na+, entre otros aspectos.

Soluciones tradicionales ante la subida del TAN

Autores, como Ebeling et al. (2006), afirman que existen tres vías biológicas de conversión de nitrógeno utilizadas tradicionalmente para la eliminación de TAN en los sistemas acuícolas: la eliminación fotoautotrófica por parte de las algas; la conversión de bacterias autótrofas de TAN en nitrato (NO3) y la conversión de bacterias heterótrofas de TAN directamente en biomasa microbiana.

Para realizar cualquiera de los procesos biológicos por las bacterias autótrofas y heterótrofas, se requiere una fuente de carbono inorgánico u orgánico.

Por cada gramo de N-TAN convertido en biomasa microbiana, se consumen 3.57 g de alcalinidad (0.87 g de carbono inorgánico) y 15.17 g de carbohidratos (6.07 g de carbono orgánico), de lo cual se deduce que del total de carbohidratos, solo el 40.5% equivale a carbono orgánico, 2.5 veces menos de lo que se requiere, bajo una relación C:N de 6.07:1.

Por ejemplo, insumos como la melaza y cualquier tipo de salvado suelen contener del 50 al 86% de carbohidratos, que equivale entre 20 y 34% de carbono orgánico (USDA, 1986). Es por ello que, en la tecnología Bioaquafloc (BAF) se maneja una relación de 15:1 equivalente al aporte requerido por el microorganismo.

Esta relación también ha sido evaluada en diversas investigaciones, autores como Bakar et al. (2015), establecen la reducción del N a diferentes relaciones C:N de 10, 15, 20, 25 y 30:1, reportando que, a mayor relación C:N ocurre una menor actividad de las bacterias nitrificantes, pero hay una mayor actividad de las bacterias autótrofas favoreciendo el consumo de TAN.

Relación C:N en acuicultura simbiótica

La tecnología simbiótica BAF (www.bioaquafloc.com), como concepto innovador de acuicultura regenerativa y economía circular, tiene el objetivo de reciclar el nitrógeno almacenado en el agua mediante el uso de fermentos, los cuales contienen carbono de lenta liberación, que se deriva de los carbohidratos dentro de la materia prima usada para la elaboración de la sustancia que servirá para dar balance a la relación C:N del estanque.

En la tecnología BAF, se aplican fermentos orgánicos que suponen una fuente de carbono de lenta liberación. Además, eventualmente, se realiza la aplicación de una fuente de carbono de rápida liberación, como lo es la melaza.

Este último método permite reducir altos picos de TAN en determinados momentos del cultivo; mientras, los fermentos permiten que siempre haya una fuente de carbono en concentraciones ideales, evitando el uso continuo de melaza.

Este artículo se centra en explicar por qué el fermento de salvado es una fuente principal de carbono y su aporte en el control de las relaciones C:N bajo la tecnología Bioaquafloc, entre otros beneficios otorgados, para el buen crecimiento de la especie cultivada.

En tecnología simbiótica, se han obtenido resultados excepcionales con el fermento del salvado de arroz; sin embargo, también existen otras materias primas ricas en hidratos de carbono obtenidas en procesos industriales, que son una alternativa para su aplicación. Estos insumos pueden ser el salvado de trigo, maíz, avena o, incluso, de tubérculos como yuca o patata.

Durante el proceso de fermentación, el almidón se divide en azúcares más simples, liberando de manera lenta el carbono que, en parte, es asimilado por microorganismos heterótrofos para su desarrollo.

En la tecnología BAF mantenemos concentraciones superiores a 15 en la relación C:N. El ajuste de la relación C:N que se debe manejar en el fermento, depende principalmente de la cantidad de C y N presentes en el sistema, el cual se puede estimar conociendo la ración de alimento semanal, el porcentaje de proteína cruda del alimento, el porcentaje de carbohidratos y la humedad del alimento, y el porcentaje de carbono del salvado fermentado; una serie de cálculos en la cual la compañía profundiza con más detalle en el curso avanzado de acuicultura simbiótica.

En conclusión, para el balanceo de C:N en el cultivo, bajo la tecnología simbiótica Bioaquafloc, es importante considerar la cantidad de fermento que se debe aplicar, la cual dependerá principalmente de la talla y la ración diaria de alimento suministrada a los organismos. Así mismo, balancear la relación C:N en cultivos semiintensivos ayudará a controlar los posibles picos de TAN y nitrito que se pueden presentar durante el ciclo del cultivo.

Otros beneficios de los fermentos en simbiótica

A lo largo del artículo, hemos mencionado el fermento de salvado como fuente para balancear la relación C:N y disminuir las concentraciones tóxicas de TAN; sin embargo, estos fermentos traen aún más beneficios, como resultado del proceso de fermentación, mientras los microorganismos inoculados en el fermento van degradando el salvado, incrementan su biomasa microbiana y, a la vez, generan ácidos orgánicos de cadena corta que han demostrado ser muy eficaces en la eliminación de agentes patógenos.

Adicionalmente, se liberan enzimas, incluyendo celulasas, las cuales ayudan a controlar las poblaciones de microalgas en el agua. En BAF, se continúa elaborando nuevos fermentos y buscando nuevas fuentes de carbono y probióticos para mejorar la producción, tal como nuestras experiencias han demostrado a lo
largo de los años.

Artículo elaborado con la ayuda de la Biol. Edna Rocío Riaño y el Ing Juan Manuel Cuayal.

*Referencias citadas por el autor disponibles bajo previa solicitud a nuestro equipo editorial.
Doctor en Ecología Marina, Máster en acuicultura y Licenciado en Ciencias Ambientales por la Universidad de Murcia.
Colaborador de investigación en laboratorios en Francia, Corea del Sur, Australia y México.
Fue investigador nacional SNI1 en México. Consultor de Conservation International Foundation en Costa Rica y Asesor internacional de empresas productivas en tecnologías acuícolas simbióticas.
Revisor de la Revista Ingeniantes CITT. Tutor académico de tesis de doctorado en tecnologías simbióticas.
Fundador y gerente de la web de acuicultura simbiótica www.bioaquafloc.com

LAQUA

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