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Ornelas-Luna, R. Licenciado en Biología Marina. Centro universitario de la Costa

Sur, Departamento de estudios para el desarrollo sustentable de Zonas Costeras. Gómez Farías No. 82 San Patricio-Melaque, C.P. 48980 Jalisco, México. E-mail: [email protected]

Godínez-Siordia, D.E. Profesor Investigador. Centro Universitario de la Costa Sur, Departamento de Estudios para el Desarrollo Sustentable de Zonas Costeras, Universidad de Guadalajara. Gómez Farías No. 82 San Patricio-Melaque, C.P. 48980 Jalisco, México. E-mail: [email protected]

Gómez-García, M.J. Estudiante de Licenciatura. Centro Universitario de la Costa Sur, Departamento de Estudios para el Desarrollo Sustentable de Zonas Costeras, Universidad de Guadalajara. Gómez Farías No. 82 San Patricio-Melaque, C.P. 48980 Jalisco, México. E-mail:[email protected]

Resumen

La acuicultura es una industria con un crecimiento a tasas elevadas; será la principal fuente de alimento del futuro. Esta predicción desata numerosas preocupaciones, principalmente en el ámbito ambiental, porque los métodos de cultivo, especialmente los marinos se alejan de la sostenibilidad, sin embargo, la comunidad mundial ha incrementado sus esfuerzos para refinar esta disciplina, apuntando a conseguir técnicas más eficaces para satisfacer la demanda alimenticia, sin perjudicar al ambiente. El cultivo de tilapia (Género Oreochromis y Tilapia) es uno de los más practicados en México, por lo que se realizó una revisión de formas de producción que encajen con las carencias de capital natural. Las alternativas sostenibles buscan reducir las descargas eutróficas, así como los impactos que se desprenden de todo el ciclo productivo, desde la producción del alimento para los peces, hasta el empaquetado y los efectos en la salud pública. Los cultivos integrales, así como el uso de probióticos, plantas medicinales y los sistemas digitales son señalados como opciones sostenibles por desvanecer las deficiencias ambientales.

El desarrollo del cultivo terrestre de alimentos marinos está creciendo, pero los avances modernos y la experiencia obtenida a lo largo de los últimos años, nos llevan a estar cada vez más cerca de alcanzar la meta de una seguridad alimentaria con una tendencia amigable con el medio.

Palabras clave: Acuacultura, Ambiente, México,

Plantas, Medicinales, Perjudicar, Tilapia.

Abstract

Aquaculture is an industry, which grows at accelerated rates; it will be the main source of food from the future. This prediction triggers numerous concerns, mainly in environmental topics, because the culture methods, especially those based on the culture of marine fish are far away from sustainability, nevertheless, the world community has increased its efforts to refine this discipline, aiming to achieve constantly more effective methods to satisfy the food demand, without prejudice the environment. A literature review about tilapia (Oreochromis and Tilapia Genera) aquaculture is presented, because is the most practiced in Mexico, the production systems that fits with the environmental capital cadencies are mentioned. The sustainable alternatives look for reducing eutrophic discharges, also the impacts that are coming from all the production cycle, from fish food manufacturing to the packaging stage and the public health effects. Integral cultures (they recycle components), as well as probiotics, medicinal plants and digital systems are underlined as sustainable methods, because they diminish environmental losses.

Land-based marine aquaculture science development is growing, but modern advances and the experience gotten from the last years, takes us to be nearer from the feeding security goal at an environmentally friendly trend.

Key words: Aquaculture, Environment, Mexico,

Introducción

La explotación de alimentos en medios de recuperación lenta, ha favorecido que la comunidad mundial se concentre en la acuicultura, una industria que apunta a satisfacer las demandas alimenticias mundiales; en el año 2010, ya se suple el 47 % del consumo mundial de peces y mariscos, sin embargo existen premisas de la actividad, como su supuesta sostenibilidad (STB); en la convención de Brundland y la declaración de Río de 1992 que definen como desarrollo sostenible, el desarrollo que satisface las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer las futuras (Leff, 2013).

El principal problema con el término desarrollo sostenible (o sustentable) es que el desarrollo implica crecimiento y aumento continuo de capital, aun a costa del prejuicio de unos pocos y del ecosistema, mientras que la sostenibilidad busca un crecimiento acorde a las capacidades de regeneración de la materia prima, y por lo tanto “lento” (Ricalde et al., 2014), mientras que la RAE define sustentable como algo que se puede defender o sustentar con razones, lo que agrega problemas lingüísticos al debate de la STB, aunque es un hecho que actualmente al menos en México, existe un sesgo hacia el agotamiento de recursos naturales para vislumbrar el crecimiento, y es por definición insostenible. La sustentabilidad es un concepto complejo que involucra aspectos económicos, ambientales, y sociales, el término busca la mejor armonía en estos ejes estratégicos, lo que va de la mano con una economía verde (genera bajas emisiones de carbono, utiliza los recursos eficazmente e incluye a la sociedad (PNUMA, 2011)).

En la acuicultura se puede buscar tanto un crecimiento económico, y la optimización del espacio con los cultivos intensivos, con una producción constante que no sobrepase las capacidades de amortiguamiento del medio, utilizando los sistemas de recirculación (Saufie et al., 2015) y sistemas de reciclaje y generación

de energía. Por lo general las especies utilizadas en la producción acuícola pertenecen a niveles tróficos bajos (herbívoros y filtradores) por lo que no existe necesidad de brindar más alimento que el producido naturalmente por las algas en los estanques o en el mar (cultivos marinos de bivalvos), no obstante la metodología empleada en muchas granjas acuícolas implica el uso de suplementos alimenticios obtenidos, irónicamente, de recursos marítimos como las harinas de pescado, que transforman proteína de alta calidad (como la de las sardinas) en proteína de calidad más baja, principalmente en los cultivos de peces marinos como el de atún u otros de importancia como el salmón (Allsop et al., 2013). Además de otras problemáticas como la descarga de residuos (incluidos pesticidas y hormonales), la destrucción de hábitats, la liberación de especies exóticas, la propagación de enfermedades y la resistencia a antibióticos, la contaminación y salinización de agua potable y faltas a los derechos humanos, la disminución de las poblaciones silvestres de peces, y la creciente preocupación sobre el bienestar ambiental y animal, han servido para proponer tendencias de cultivo compatibles con el ecosistema, verdes y sostenibles (PNUMA, 2011; Edwards-Callaway, 2015).

La Tilapia (Oreochromis spp. y Tilapia spp.) es un pez de agua dulce originario de África, tiene elevada tolerancia a amplias fluctuaciones de niveles de oxígeno disuelto, pH, temperatura, salinidad y turbidez y se cultiva en casi todo el mundo; China es el principal productor y exportador, con más de 1´000,000 Ton/año, en México al 2012, la Tilapia representa el 91% de la producción total de especies de agua dulce, lo cual produce alzas en sus precios ($31.83 a $39.90/kg al 2013). El cultivo de esta especie se realiza a niveles superintensivos (450 peces/m3) y a nivel local, en ambas escalas se produce alrededor del 60% de la energía depositada en el sistema como desechos, los cuales son vertidos a la naturaleza, sin

antes citadas, aunque se desconoce en qué nivel se manifiestan esos impactos, por lo que actualmente los análisis del ciclo de vida de los productos empiezan a popularizarse , ya que brindan cantidades concretas de impactos por ejemplo en qué medida se contribuye al calentamiento global, al potencial de acidificación, de eutrofización, uso del a energía, uso de recursos bióticos, potencial de depleción del ozono, toxicidad humana, dependencia del agua entre otros (Enriksson et al., 2012).

Técnicas de producción modernas involucran el reciclaje de energía (desechos), como los poli-mono cultivos en agua verde, los biofloculados, y la acuaponia, que se pueden a su vez combinar con biodigestores y otros métodos innovadores en el manejo; estas técnicas son opciones que tienen potencial de armonizar con los tres ejes de la sostenibilidad, en México. El objetivo del presente trabajo es proponer técnicas para el cultivo de Tilapia que encajen con las carencias de capitales naturales y mejoren el desempeño económico y social, al señalar el reciclaje de desechos, la generación de energía y productos secundarios, como métodos sostenibles, ya que en estudios del análisis del ciclo de vida se ha concluido que son los factores de impacto más concurrentes en la industria del cultivo acuícola (Yacout et al., 2016).

Métodos sostenibles para el cultivo de Tilapia

Un método sostenible en el cultivo de Tilapia o cualquier cultivo acuícola, es aquel que disminuye, anule o compense los impactos ambientales generados desde la producción de semilla (gasto de energía, tratamientos químicos contra enfermedades, suministro de hormona) hasta los materiales e insumos usados en su ciclo productivo (engorda (empleo de harinas de pescado)), empaquetado (materiales biodegradables o con usos secundarios)), transportación (emisiones de CO₂ generadas por los combustibles)) y venta)) (Análisis de eco-eficiencia/

ciclo de vida) (Henrikson et al., 2012; Henrikson et al., 2013; Razman-Pahri, et al., 2015; Yacout et al., 2016). Asimismo, que encaje a niveles económicos fortuitos para el productor, y a nivel social con la aceptación del producto en los mercados, la generación de empleos y una mayor movilización de las cadenas comerciales (Economía verde (PNUMA, 2011)) (Henrikson et al., 2013). Todo lo anterior tomando en cuenta el bienestar de los animales bajo cultivo, en términos de buena calidad de desempeño fisiológico y nutricional, y que las técnicas de sacrificio y/o muestreo utilizadas en el manejo disminuyan la percepción de los animales a esos estímulos.

En este sentido se menciona los biofloculados (BFT), los cultivos en agua verde (CAV), y la acuaponia en su modalidad de camas flotantes (CF), todos los anteriores en sistemas de recirculación (RAS, por sus siglas en inglés) como opciones sostenibles, ya que utilizan la energía en el sistema para generar productos secundarios, como vegetales, bacterias, o microalgas, que mejoran los parámetros antes mencionados en la parte del ciclo productivo, de manera distinta en cada método, como serán descritos adelante. Estas técnicas productivas tienen potencial para tomar los parámetros biométricos y de calidad de agua con sistemas digitales, de manera conveniente en cada estrategia productiva (Fig. 1) también existe potencial de implementación de biodigestores y su respectivo generador a biogás, ya que se ha mencionado que además del empleo de harinas de pescado, la demanda de energía es una necesidad creciente, que contribuye a la mayor cantidad de emisiones de CO2 en sistemas intensivos de Tilapia (Yacout et al., 2016).

Acuaponia

La acuaponia se utiliza para generar biomasa vegetal a partir de los desechos nitrogenados de los peces. La Tilapia es ampliamente empleada en este esquema de producción, a niveles de recreativos, locales y comerciales. Existen diferentes técnicas acuapónicas,

Figura 1. Esquemático de los factores a considerar en la actividad acuícola sostenible. La imagen puede abordarse del centro. (*)= Todos los métodos. Elaboración a partir de diversas fuentes (PNUMA, 2011; Henrikson et al., 2012; Razman-Pahri, et al., 2015; Yacout et al., 2016).

la película nutritiva, la de sustrato y el método de camas flotantes (CF), en el cual una pieza de hielo seco flota en la superficie del agua, y las plantas crecen en su superficie, este método se considera que llega a armonizar con los tres ejes de la STB, ya que puede extenderse por todo el cuerpo de agua, a un costo de moderado a bajo, pero que se traduce en amplios retornos económicos por la versatilidad de las cosechas, aunque cabe mencionar que se necesita involucrar el análisis de impacto por los desechos del material, cuanta energía se gasta en su producción, si se emiten emisiones de carbono en su manufactura etc.

Camas flotantes

Existe una variedad ilimitada de plantas, que pueden ser de uso comercial, medicinal o energético (materia prima para biodigestión), cuando se habla de camas flotantes en acuaponia, pero se recomienda utilizar plantas de bajo porte, como lechugas, espinacas, entre otros para no utilizar estructuras secundarias; sin embargo las CF, con diversidad de especies, han sido efectivas limpiando efluentes de las plantas de producción de refresco, papel, de las industrias textiles, de curtiduría y destilería, del procesamiento de pescado, carne y almidón (Guittonny-Philippe et al., 2015), aguas contaminadas por metales pesados (MP) y pesticidas (Vymazal, 2014), gracias a su eficacia asimilando nutrientes, y limitando el crecimiento algal mediante la competencia por la luz solar, además de permitir que el agua sea reutilizada para riego agrícola, o descargada a la naturaleza, sin riesgo alguno (Vymazal y Brezinova, 2015). Pueden establecerse dentro de una infraestructura existente, y suelen tener un bajo costo inicial, su manejo es relativamente sencillo, pero requiere conocimientos agrícolas básicos e instalaciones apropiadas (Guittonny-Philippe et al., 2015). El sistema de raíces se encuentra en el agua, facilitando la colonización bacteriana (biopelícula radicular) que promueve la descomposición de

material orgánico y su transformación en la columna de agua. Algunos autores utilizan la cosecha activa de plantas para la remoción de nitrógeno (N) del agua al 80% con el junco, Juncus efusus (White y Cousins, 2013) o para reciclar el material obtenido en producción de biogás (Hinks et al., 2013) y obtener ganancias adicionales. Las CF pueden ser utilizados en invierno (la radiación solar disminuye, afectando negativamente el crecimiento de la planta), ya que las plantas sembradas en las camas mejoran el sistema de acumulación de proteínas y toma de nutrientes mediante las algas y bacterias asociadas a la biopelícula radicular. Las CF ofrecen alternativas a la siembra intensiva en el campo, una ventaja energética, menores requerimientos operacionales y sistemas de tratamiento convencionales, especialmente para comunidades y localidades remotas (Dan et al., 2015). Técnicas adicionales, como utilizar un sustrato adicional absorbente y aireación alrededor del sistema de raíces de las plantas, estabilizar y solidificar lodos, y delimitar el tiempo de residencia hidráulico, mejoran el proceso (Guanj et al., 2010). Adicionalmente, se pueden incrementar los ingresos hasta en un 52% si se vende la planta.

Una de las limitantes para su desarrollo es el gasto energético para la aireación de las raíces, aunque el sinfín de posibilidades de combinación con sistemas acuícolas, aumenta la rentabilidad, solo depende de las necesidades de cada granja realizar sus arreglos, por ejemplo, la biomasa vegetal puede reconversionarse en alimento, fertilizante orgánico, medicina natural, materia prima para biodigestores (Hinks et al., 2013), o como ornato.

Biofloc (BFT)

El biofloc (BFT) es una técnica de producción en acuicultura en donde se añade una fuente de carbono (melaza, azúcar de caña etc.) al agua, que sirve para multiplicar las bacterias benéficas (Bacillus

y Aspergillus orizae), que transforman los desechos nitrogenados como el nitrógeno amoniacal total (TAN), en proteínas que se utilizan por el organismo que los consume para generar músculo, además se ha visto que se presentan ventajas en el crecimiento diario, en la capacidad antioxidante, en el aumento de las densidades de siembra en especies de peces (Oreochromis spp.) (Long et al., 2015) y crustáceos (Litopenaeus stilysrostris) (Cardona et al., 2016). Por estas razones encaja con los ejes de la STB, permitiendo un desenlace económico más favorable, al obtener mejores conversiones alimenticias y aumentos en la densidad de siembra y por ende en la cosecha; permite un mejor estado de salud, contribuyendo a mejoras en el bienestar animal, y minimizando las descargas eutróficas.

Aunque por otro lado esta tecnología necesita de mayor investigación en tópicos específicos como la trazabilidad del consumo de las bacterias y en qué porcentaje contribuyen al crecimiento del animal; aunque es un hecho que la tasa específica de crecimiento se ve beneficiada así como algunos parámetros fisiológicos (actividad enzimática), inmunes (actividad ráfaga respiratoria) y de calidad de agua; adicionalmente la demanda energética es otro factor limitante en su desarrollo, debido a la alta Demanda Biológica de Oxigeno (DBO), lo que vuelve a la aireación indispensable en BFT, y los costos de producción más elevados, por lo cual el riesgo lo corren solo los más experimentados.

Cultivos de agua verde

Los cultivos de agua verde (CAV) utilizan los nutrientes disueltos en el agua para generar microalgas, y esa biomasa, contribuye a la nutrición de las Tilapias (García-Ortega et al., 2016). También ayuda a que los animales eviten estrés por manejo, ya que la turbidez del agua, les facilita esconderse en la columna de agua, volviendo el hábitat más satisfactorio. Estas técnicas se utilizan a bajas y medianas escalas, dejando que la

turbidez llegue a cierto nivel, y dependiendo de las especies se decide si se necesita fertilizar el estanque o que se continúe con la productividad natural. Lo anterior depende de la densidad de siembra, si es sistema semiintensivo generalmente se fertiliza. En estos sistemas el problema son las bajas de oxigeno por las madrugadas, ya que si no se lleva un conteo de la densidad algal del estanque, se puede llegar a niveles máximos, y repentinamente la biomasa muere y se consume el OD a tasas aceleradas, causando mortalidades en los animales bajo cultivo.

Un alcance de los cultivos de agua verde, es que la biomasa algal puede separarse antes de mandar los efluentes al biodigestor, o de realizar un recambio de agua, lo anterior para aprovechar los lípidos que contienen las microalgas en altas concentraciones (<45%) para convertirlos en esteres de metilos mediante la transesterificacion y generar biodiesel que puede ayudar a suplir las necesidades energéticas de la granja (Coimbra-Araújo, et al., 2014), que se ha probado que se generan menos emisiones de carbón a la atmosfera, que la gasolina y el diésel (Nanaki y Koroneos, 2012) por el contrario, los índices de potencial de eutrofización son mayores, por lo que es posible el reciclaje de las emisiones de gases del biodiesel para aireación del medio de cultivo de las microalgas, para continuar con la generación de biomasa (Loera-Quezada y Ollguíín,, 2010).

Consideraciones para el eje ambiental y la demanda energética

Biogás

El biogás es una combinación de metano (CH₄), dióxido de carbono (CO₂) y sulfuro de hidrogeno (H₂S)), producido por la descomposición de desechos mediante bacterias anaerobias. El biogás puede producirse en biodigestores (contenedores cerrados herméticamente, que almacenan y digieren residuos orgánicos mediante bacterias anaerobias, producen

un lodo y un lixiviado que pueden utilizarse como fertilizante), este gas metano, puede abastecer de energía a motores de combustión interna (Olugasa et al., 2014). Los biodigestores producen hasta 33.5 m3/día de biogás, en un biodigestor de 198.4 m2 que sirven para generar 0.4545 Kwh/m3 (Ciotola et al., 2011) y fertilizantes orgánicos. La capacidad de los biodigestores para aumentar la rentabilidad de un sistema de cualquier tipo, es muy amplia, ya que los lodos pueden servir para cultivar lombriz californiana, que a su vez puede complementar el alimento para las Tilapias, y los fertilizantes son de mejor calidad, así como el respectivo lixiviado. La energía producida por el generador a biogás, puede suplir la demanda de los aireadores en sistemas acuaponicos, y de biofloc, con un mejor desempeño en BFT, a niveles intensivos en acuaponia, y en cultivos de agua verde con cualquier densidad si se utiliza la energía de noche.

En Brasil, existe una granja integral que reutiliza los desechos de la producción de café y porcicultura para generar biogás, energía eléctrica, jabón, fertilizante, biodiesel, en un sistema donde se tiene ahorro del 100% en combustibles, 50% en electricidad y 40% en fertilizantes (Coimbra-Araújo, et al., 2014).

Sistemas híbridos

Un sistema hibrido es una combinación de técnicas que favorecen un proceso; uno de los procesos que más limita la producción acuícola es la dependencia de energía (Yacout et al., 2016), que representa un costo importante en toda la cadena productiva, pero en este apartado solo se menciona su menester en las necesidades energéticas de la granja.

Todas las formas de cultivo producen desechos en proporción a su población total, incluyendo los desechos producidos por los operadores de la granja, los cuales pueden suplir hasta cierto grado esta necesidad de electricidad (biogás) (Ciotola et al., 2016), si se utiliza en combinación con el hidrógeno obtenido

al., 2015; Rahimnejad et al., 2015; Liam et l., 2015) en BFT, se podrían mantener encendidos los diversos aparatos eléctricos (aireadores, alimentadores,