Litopenaeus vannamei, comúnmente conocido como camarón blanco del Pacífico, es una especie eurihalina valorada por su alto rendimiento de carne, fuerte tolerancia al estrés y rápido crecimiento. Es una de las especies de camarón más importantes cultivadas en China. Actualmente, los principales modelos de cultivo de L. vannamei en China incluyen estanques al aire libre, pequeños estanques de invernadero y estanques de alto nivel-. Sin embargo, la producción nacional todavía no puede satisfacer la demanda del mercado, por lo que se necesitan importantes importaciones. Además, la rápida expansión de modelos como la pequeña agricultura en invernaderos ha expuesto problemas como un marco técnico incompleto, frecuentes brotes de enfermedades y desafíos en el tratamiento de efluentes. En el contexto de la defensa de la conservación de los recursos y el desarrollo sostenible, el Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS), reconocido como un modelo agrícola intensivo, eficiente y respetuoso con el medio ambiente, ha atraído una amplia atención en la industria en los últimos años.
RAS emplea métodos industriales para regular activamente el entorno acuático. Presenta un bajo consumo de agua, una huella pequeña, una contaminación ambiental mínima y produce productos seguros y de alta-calidad con menos enfermedades y mayor densidad de almacenamiento. Su producción no está en gran medida restringida por la geografía o el clima. Este modelo cuenta con una alta eficiencia en la utilización de recursos y se caracteriza por una alta inversión y una alta producción, lo que representa un camino crucial hacia el desarrollo sostenible de la industria de la acuicultura. Actualmente, el cultivo nacional de L. vannamei se concentra en las zonas costeras, utilizando principalmente agua de mar natural. Las regiones del interior, limitadas por la disponibilidad de fuentes de agua y las regulaciones ambientales, enfrentan un desajuste significativo entre la oferta y la demanda de los consumidores. La exploración de RAS utilizando agua de mar artificial en zonas del interior tiene una gran importancia para abastecer los mercados locales y promover el desarrollo económico regional. Este experimento construyó con éxito un RAS de interior para L. vannamei en un entorno interior y llevó a cabo un ciclo de cultivo exitoso. Los métodos y datos relativos a la construcción del sistema, la preparación artificial del agua de mar y la gestión de las granjas pueden servir como referencia para el cultivo de L. vannamei en el interior.
1. Materiales y Métodos
1.1 Materiales
El ensayo se llevó a cabo en la granja de cría original de Leiocassis longirostris de la provincia de Sichuan. Las post-larvas de L. vannamei (etapa P5) procedían de la base Huanghua de Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. y gozaban de buena salud. El alimento utilizado fue la marca “Xia Gan Qiang” de Tongwei Group Co., Ltd. Sus principales componentes fueron: proteína cruda Mayor o igual al 44,00%, grasa cruda Mayor o igual al 6,00%, fibra cruda Menor o igual al 5,00% y ceniza cruda Menor o igual al 16,00%.
1.2 Preparación de agua de mar artificial
Como fuente de agua se utilizó agua subterránea de un pozo. Se trató secuencialmente con desinfección (polvo blanqueador 30 mg/L, aireado durante 72 h), eliminación de cloro residual (tiosulfato de sodio, 15 mg/L) y desintoxicación [ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), 10–30 mg/L] antes de ser utilizado para la preparación de agua de mar artificial.
Se preparó agua de mar artificial con una salinidad de 8 utilizando cristales de sal marina como ingrediente principal; sus componentes principales se enumeran enTabla 1. Se utilizaron CaCl₂, MgSO₄ y KCl de calidad alimentaria para complementar los elementos Ca, Mg y K. Después de la preparación, se usó NaHCO₃ de grado alimenticio- para ajustar la alcalinidad total a 250 mg/L (como CaCO₃), y se usó NaHCO₃ junto con ácido cítrico monohidrato para ajustar el pH a 8,2–8,4.
1.3 Construcción del RAS
1.3.1 Concepto de diseño general
Combinando un diseño independiente con una aplicación integrada, se construyó un RAS para L. vannamei utilizando biofiltración y tratamiento físico en múltiples etapas. Se implementaron las correspondientes estrategias de operación del sistema, protocolos de ajuste de la calidad del agua y estrategias científicas de alimentación de acuerdo con los requisitos de crecimiento del camarón en las diferentes etapas, con el objetivo de lograr una operación estable, un aporte económico y una producción eficiente.
1.3.2 Flujo del proceso principal y parámetros técnicos
Se modificó un sistema de cultivo de peces basado en contenedores-para establecer el RAS de L. vannamei, que consta de tanques de cultivo, un dispositivo compuesto de recolección de concha/partículas (drenaje de tres-vías), biofiltro, bombas de circulación, etc. El flujo del proceso se muestra enFigura 1.
El volumen total de agua diseñado del sistema fue de 750 m³, con un volumen de sistema de tratamiento de agua de 150 m³ y un volumen de cultivo efectivo de 600 m³. La carga de cultivo diseñada fue de 7 kg/m³. Los parámetros técnicos clave se enumeran enTabla 2.
1.3.3 Diseño Estructural
Los seis tanques de cultivo octogonales estaban dispuestos en dos filas. Teniendo en cuenta la conveniencia de la gestión, la estabilidad ambiental y el costo de inversión, la estructura principal de los tanques fue de ladrillo-hormigón. Las dimensiones fueron: largo 10,0 m, ancho 10,0 m, profundidad 1,2 m, con bordes cortados de 3,0 m. El volumen efectivo de agua por tanque fue de 100 m³. El fondo del tanque tenía una pendiente (16%) hacia el drenaje central (Figura 2).
El dispositivo de drenaje de tres-vías constaba de un recolector central (para camarones muertos, conchas y partículas grandes), un recolector de sedimentación de flujo vertical (para conchas rotas, partículas medianas y heces) y una caja de recolección de drenaje lateral-con sifón (para conchas finas y partículas pequeñas-a-medianas) (Figura 2).
Un lado del tanque de acondicionamiento contenía un marco de cepillo de plástico para recolectar y eliminar cáscaras y partículas de la descarga del tanque. En este tanque se pueden realizar ajustes de calcio, magnesio, alcalinidad total y pH. El volumen del tanque fue de 20 m³, con un tiempo de retención hidráulica de 0,13 h.
La bomba de circulación estaba ubicada al otro lado del tanque de acondicionamiento y utilizaba una bomba de una sola-etapa para lograr eficiencia energética. Con base en la ecología y la carga del camarón, la tasa de recirculación se diseñó entre 2 y 6 veces por día. El caudal de la bomba era de 150 m³/h, la altura de 10 m y la potencia de 5,5 kW.
El filtro de cepillo estaba equipado con varias bolsas filtrantes. Las bolsas se conectaron mediante accesorios de tubería a la entrada del filtro y se aseguraron con abrazaderas. El efluente ingresaba a las bolsas a través de tuberías. Las bolsas estaban hechas de polipropileno (PP), llenas de medios de cepillo de plástico, interceptando eficazmente partículas de más de 0,125 mm. El tanque de medios elásticos constaba del cuerpo del tanque (rectangular, profundidad 2 m), marcos de rejilla (paralelos a la superficie) y medios elásticos instalados en los marcos (Figura 3). El medio estaba compuesto por numerosos anillos de plástico de doble-anillo con filamentos de poliéster, formando haces de fibras distribuidos por todo el tanque. Su principio de funcionamiento implicaba crear un efecto de sedimentación de flujo lento-a través de la intercepción del medio y utilizar la biopelícula formada en su superficie para absorber, descomponer y transformar el nitrógeno y el fósforo inorgánicos.
El biofiltro incluía el cuerpo del tanque (rectangular, profundidad 2 m), componentes de aireación y bio-medios (Figura 4). El conjunto de aireación incluía tuberías de distribución de aire. El aire entraba por arriba y salía por abajo, creando un patrón de flujo completamente mezclado. El tanque se llenó con medio del reactor de biopelículas de lecho móvil (MBBR). Mediante la mejora específica del nitrificador y el ajuste de la alcalinidad, una gran cantidad de bacterias nitrificantes se adhieren al medio, consumen materia orgánica y logran la eliminación de amoníaco y nitrito, construyendo así un biofiltro nitrificante. Las tuberías de entrada y salida estaban en lados opuestos, con una pantalla de salida en la pared interior. En esta prueba, el volumen efectivo del biofiltro se fijó en el 25 % del volumen de cultivo del sistema, con una proporción de llenado del medio del 30 %, utilizando medios K5.
La aireación del sistema combina métodos mecánicos y de oxígeno puro. Cuando el oxígeno disuelto (OD) era alto, la aireación mecánica era primordial: usar un soplador de vórtice de alta-presión y tubos microporosos de alta-calidad como difusores para maximizar la eficiencia de la transferencia de O₂ y reducir el ruido. Cuando el OD era bajo, se complementó la aireación con oxígeno puro: usando un generador de oxígeno + una hélice de agua con micro-burbujas. El generador de oxígeno produce una concentración de O₂ superior al 90%, dispersada a través de un disco de nano-cerámica en la hélice. En condiciones de carga elevada, una combinación de generador de oxígeno y cono de oxígeno sirvió como aireación auxiliar, utilizando una bomba de refuerzo para crear agua sobresaturada con oxígeno-en el cono.
1.4 Medición de la calidad del agua
Las concentraciones de amoníaco y nitrito (como N) se midieron utilizando un analizador de agua multiparamétrico Aokedan. Los sólidos suspendidos totales (SST) se midieron utilizando un analizador multiparamétrico Hach DR 900.
1.5 Gestión agrícola y operación del sistema
El juicio comenzó el 8 de agosto de 2022 y tuvo una duración de 74 días. Los seis tanques estaban abastecidos. El tamaño de la población fue de 961 individuos/kg, la densidad de aproximadamente 403 individuos/m³, con un total de 241.800 post-larvas. La frecuencia de alimentación fue de 6 veces al día, y la ración diaria disminuyó de aproximadamente el 7,0 % (temprano) al 2,5 % (tardío) de la biomasa estimada.
La circulación del sistema comenzó 3 días después del -almacenamiento, inicialmente con 2 ciclos/día y luego aumentó a 4 ciclos/día. Al principio de la prueba, se produjo un drenaje diario, reponiendo solo el agua perdida por el drenaje y la evaporación. Posteriormente, se realizó un drenaje después de cada alimentación (1 hora después), con un intercambio diario de agua inferior al 10 % del volumen de reposición de la etapa inicial-.
Inicialmente se utilizó aireación mecánica (soplador de vórtice). Debido al aumento posterior de la carga del sistema, se utilizó una combinación de aireación mecánica, generador de oxígeno + disco nano-cerámico y generador de oxígeno + cono de oxígeno.
Se midieron periódicamente OD, temperatura, pH, amoníaco y nitrito en los tanques. Se observaron y registraron el crecimiento y la alimentación de los camarones.
1.6 Procesamiento y análisis de datos
Los datos se organizaron utilizando WPS Office Excel. Los gráficos se crearon con Origin 2021.
Se utilizaron las siguientes fórmulas para calcular la tasa de intercambio de agua (R), la tasa de conversión de alimento (FCR) y tasa de supervivencia (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Donde: R es la tasa de intercambio diario de agua (%/d); V₁ es el volumen total de agua intercambiada (m³); V es el volumen total de agua del sistema (m³); Son días de cultivo (d). FCRes el índice de conversión alimenticia; W es el aporte total de alimento (kg); Wₜ y W₀ son la masa de cosecha final y la masa de siembra inicial (kg). RSes la tasa de supervivencia (%); S es el número total cosechado (individuos); N es el número total almacenado (individuos).
2. Resultados
2.1 Intercambio de agua
Durante la prueba, el intercambio total de agua fue de 1.000 m³, con un tipo de cambio diario promedio del 1,8%.
2.2 Amoníaco y Nitrito
La concentración de amoníaco en los tanques se mantuvo por debajo de 1,3 mg/L (excepto el día 5) y la concentración de nitrito se mantuvo por debajo de 1,6 mg/L, ambos en niveles relativamente estables (Figura 5).
En la etapa inicial (primeros 15 días), el amoníaco del tanque disminuyó rápidamente mientras que el nitrito aumentó rápidamente, lo que indica el establecimiento de una biopelícula en el biofiltro y la conversión de amoníaco en nitrito. En la etapa media-(15 a 50 días), con mayor alimentación, las concentraciones de amoníaco y nitrito se mantuvieron estables, lo que indica una oxidación sincronizada de amoníaco y nitrito en el biofiltro y un funcionamiento estable del sistema. Después del día 50, tanto el amoníaco como el nitrito mostraron una tendencia a la baja, lo que posiblemente indica una mayor capacidad de nitrificación y un sistema más maduro. Esto no pudo confirmarse más cuando terminó el juicio.
Figura 6muestra que las tendencias de amoníaco en la entrada y salida del biofiltro fueron similares, pero la brecha entre las curvas se amplió gradualmente, lo que indica una mejora en la eliminación de amoníaco. Las curvas de nitrito para la entrada y la salida casi se superpusieron y no mostraron una tendencia creciente general, lo que sugiere que el sistema mantuvo la capacidad de oxidación de nitrito hasta el final.
2.3 Oxígeno disuelto y alcalinidad total
Como se muestra enFigura 7, a pesar del aumento de la carga del sistema, los métodos de aireación combinados mantuvieron el OD del tanque por encima de 6 mg/L. Además, al agregar NaHCO₃, la alcalinidad total se mantuvo entre 175 y 260 mg/L.
2.4 Sólidos suspendidos totales
Las tendencias en la concentración de TSS en puntos clave del sistema se muestran enFigura 8. Los TSS en la entrada al colector de sedimentos de flujo vertical y a la caja lateral del sifón (parte del drenaje de tres-vías) reflejaron las tendencias de los TSS en los tanques. El TSS general aumentó gradualmente, estabilizándose durante las etapas medias-tardías (después del día 35) y mostró una tendencia decreciente a lo largo de las sucesivas etapas de tratamiento.
2.5 Resultados agrícolas
La población total fue de 241.800 post-larvas con un tamaño promedio de 0,52 g, en 6 tanques con una densidad promedio de 403 individuos/m³. Después de 74 días, la cosecha total fue de 3.012,2 kg, tamaño promedio 15,82 g, supervivencia promedio 78,75%, rendimiento promedio 5,02 kg/m³. El aporte total de alimento fue de 3.386,51 kg, FCR1.18. Los costos calculados (semillas, piensos, productos sanitarios, electricidad, agua de mar artificial, desinfección) ascendieron a 155.870,6 CNY. Los ingresos por las ventas de camarón fueron de 192.780,8 CNY, lo que resultó en una ganancia de 36.910,2 CNY para el ciclo.
3. Discusión
En los últimos años, RAS se ha convertido en una dirección muy prometedora para el cultivo de L. vannamei. Esta prueba construyó un RAS que incluye tanques de cultivo, recolección de cáscara/partículas compuestas, filtro de cepillo, biofiltro y equipo de aireación, y realizó con éxito un ciclo de cultivo interior en el interior.
En comparación con el RAS tradicional, este sistema es más sencillo. Estructuralmente, omitió equipos como filtros de tambor y espumadores de proteínas, que tienen costos fijos y de mantenimiento relativamente más altos. En lugar de ello, utilizó dispositivos de tratamiento de agua más simples para crear un tratamiento compuesto de múltiples-niveles para partículas y contaminantes disueltos, logrando un buen control de la calidad del agua con procesos más simples y menores costos.
Al emplear varios métodos de gestión de la calidad del agua adaptados a diferentes etapas de crecimiento y cargas del sistema, el sistema mantuvo el amoníaco y el nitrito por debajo de 1,3 y 1,6 mg/L, respectivamente, y el OD por encima de 6 mg/L, logrando finalmente un rendimiento de 5,02 kg/m³. Esto se acerca a los resultados de Yang Jing et al. Además, el sistema de tratamiento de agua controló el tipo de cambio medio diario hasta el 1,8%, aprovechando al máximo su capacidad de tratamiento y reduciendo significativamente los costes.
RAS ofrece beneficios ambientales, seguridad del producto y menos enfermedades. Debido a las limitaciones de transporte, L. vannamei tiene un gran potencial de mercado en el interior. La realización de RAS para L. vannamei en el interior se alinea con las tendencias de la industria. Actualmente, el cultivo de camarón en el interior se realiza principalmente en agua dulce, y el rendimiento y la calidad están por detrás del cultivo marino. El uso de agua de mar artificial en este ensayo solucionó en parte esta brecha. Sin embargo, el alto costo actual del agua de mar artificial requiere optimizar los procesos RAS para la eliminación de nitrógeno y fósforo para permitir la reutilización del agua, lo cual es una forma efectiva de reducir costos y debería ser un foco de investigación clave para L. vannamei RAS continental.
FCRes un indicador importante para el rendimiento de RAS. La F finalCRde 1,18 en este ensayo es comparable a la agricultura intensiva tradicional. Como sistema cerrado, la ventaja de RAS radica en la reutilización de entradas. Basado en mejorar la capacidad de tratamiento de agua, formular estrategias de alimentación precisas para reducir FCRdebería ser el próximo foco de optimización.