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TERCERA PARTE (contd.)

3.2.4. Fertilización orgánica de los estanques en acuacultura

Los fertilizantes orgánicos se aplican principalmente para estimular la cadena alimenticia heterotrófica de los estanques de cultivo. A pesar de que virtualmente todos los materials biológicos se pueden considerar como fertilizantes orgánicos potenciales, los fertilizantes mas comúnmente usados en acuacultura son los desechos de los animales de granja (i.e. heces de los animales de granja, con o sin orina y paja). Aparte de que son fácilmente disponibles y de la conveniencia de ser económicos las excretas animales representan un paquete de nutrientes que contienen del 72 al 79% del nitrógeno y 61 al 87% del fósforo del alimento original que se les proporcionó a los animales (Taiganides, 1978).

El promedio de la composición de los nutrientes de los desechos fecales y otros compuestos comúnmente usados como fertilizantes orgánicos ya se han presentado previamente (Sección 3.13; Tacon, 1987a). Sin embargo, se debe enfatizar que la composición de los nutrientes de los estiércoles de los animales es altamente variable (dependiendo de la dieta la edad y la especie del animal, el tipo y la proporción de material presente en la paja y el manejo y el tratamiento de los estiércoles antes de ser usados), y consecuentemente cada recurso de estiércol se debe considerar como único y ser analizado químicamente como tal. Tristemente la mayoría de los ensayos publicados de producción en acuacultura que involucran la utilización de estiércoles, raramente reportan el análisis de los nutrientes de las excretas de puercos, aves o ganado usadas, la presencia o no de paja o si las cantidades de estiércoles aplicados al estanque fueron en base seca o húmeda.

3.2.4.1. Efectos sobre la productividad de los estanques y la producción de peces y camarones

En contraste con los fertilizantes químicos, quienes actúan directamente sobre la cadena alimenticia autotrófica, los fertilizantes orgánicos actúan principalmente a través de la cadena alimenticia heterotrófica mediante el suministro de materia orgánica y detritus al ecosistema del estanque; el estiércol sirve principalmente como un substrato para el crecimiento de bacterias y protozoarios, los cuales a su vez sirven como alimento rico en proteínas para otros animales del estanque incluyendo los peces y camarones cultivados (figura 14). Mientras que la producción autotrófica dentro de los estanques fertilizados está limitada por la energía solar disponible (Tabla 17), la producción heterótrofa dependerá del contenido de carbono y nitrógeno del estiércol añadido y su consecuente susceptibilidad a la descomposición microbiana (Schroeder, 1978, 1980; Wolffarth y Schroeder, 1979).

FIGURA 14

FIGURA 14

Utilización de los fertilizantes orgánicos en sistemas acuáticos (adaptado de Delmendo, 1980; Edwards, 1982 y Moore, 1986).

La tasa C:N del estiércol aplicado determinará la tasa de descomposición bacteriana en el agua y de ésta, el lapso de tiempo entre la aplicación y el incremento de la productividad heterotrófica del estanque; estiércoles con una baja tasa de C:N (< de 50; estiércoles animales; hierbas verdes, pastos, harinas de semillas oleaginosas) se descomponen más rápidamente por la acción bacteriana que los desechos con una alta tasa de C:N (> de 100: pajas, bagazo de caña de azúcar, aserrín; Tacon, 1987a; Sturmer, 1987). Schroeder (1980) sugiere que la tasa ideal C:N para un medio de crecimiento bacteriano es cerca de 20:1. De lo anterior se deriva que entre más pequeñas sean las particulas de materia orgánica, más rápidamente serán colonizadas y descompuestas por las bacterias y protozoarios (Geiger, 1983); por ejemplo, el estiércol animal fresco se desintegra rápidamente en el agua en partículas coloidales, Schroeder (1980) estima que la digestión aeróbica de la materia orgánica por las bacterias fija cerca del 20 al 50% del carbón del substrato en nueva biomasa bacteriana la producción de biomasa bacteriana obtenida por la digestión aeróbica es cerca de diez veces mayor que por digestión anaeróbica (McCarty 1972). De acuerdo a Cassinelli et al., (1979) por cada gramo de materia orgánica descompuesta, se consume 1.2 g de oxígeno, y que para cada gramo de carbono fijado durante la fotosíntesis, se producen 2.6 g de oxígeno. Estos autores concluyen que la principal fuente de oxígeno para un estanque de camarones es la fotosíntesis algal, y la salida principal es la respiración de algas y bacterias (citado por Pruder, 1986).

TABLA 17. Productividad primaria y producción alcanzada en estanques fertilizados químicamente y con estiercol en Israel 1
Entrada de fertilizanteProductividad primaria (Kg/ha/día)Producción de peces (Kg/ha/día)
Testigo-sin entrada6 – 121 – 5
Fertilizante químico 230 – 6010 – 15
Fertilizante químico + abonos orgánicos 330 – 6032 (max)

1 Para estanques con aguas estancadas sin recibir alimento suplementario (Schroeder, 1980)
2 Sulfato de amonio y superfosfato aplicado una vez cada 2–3 semanas a razón de 60 kg/ha
3 Aplicación de estiércol 6 días/semana, correspondiente a una carga diaria de materia orgánica seca equivalentea cerca del 3% de la biomasa de los peces (gallinaza a una tasa de 100 kg de materia orgánica seca/ha/día)

Los efectos benéficos de la fertilización orgánica en la productividad natural del estanque, están bien ilustrados por los estudios de Rapport, Sarig y Bejerano (1977) y Schroeder (1980) y sus resultados se resumen en la Tabla 18. Para información adicional sobre los efectos estimulantes del estiércol sobre la productividad de la biota en los estanques ver a Tang (1970), ASEAN (1978), Noriega-Curtis (1979), Maleca et al., (1981), Lee y Shleser (1984), Garson, Pretto y Rouse (1986), Olah et al.; (1986), Wyban et al., (1987) y Zhang Zu y Zhou (1987).

La fertilización química y orgánica intensa de los estanques ha resultado en producciones de peces y camarones tan altas como 5–10 ton/ha/año o 15–32 Kg/ha/día sin alimento suplementario (Peces - Tang, 1970; Schroeder, 1974, 1980; Moav et al. 1977; Buck Baur y Rose, 1978; Djajadiredja y Jangkaru 1978; Maramba 1978; Wohlfart, 1978; ADCP 1979; Schroeder y Hepher, 1979; Delmendo, 1980; Edwards 1980; Nashy y Brown, 1980; Plavnik, Barash y Schroeder, 1983; Behrends et al., 1983; FAO 1983; Vincke 1985; Zweig 1985; Camarones - Lee y Shleser, 1984; Wyban et al., 1987). Sin embargo, éstos altos niveles de producción solamente se pueden alcanzar mediante el uso de controles de manejo apropiados, poniendo particular atención a la densidad de siembra de los peces o camarones y la selección de las especies (Wyban et al., 1987; Schroeder, 1978). Por ejemplo, Schroeder (1988) correlaciona las producciones de peces en los estanques que reciben solamente estiércol de vaca y fertilizantes químicos con la densidad de siembra y encontró una relación lineal hasta 9300 peces/ha (i.e. la capacidad de carga del estanque; Figura 15).

FIGURA 15

FIGURA 15

Relación entre la densidad de siembra en policultivo y la producción de pescado en estanques rústicos estáticos que solamente recibieron fertilización (Schroeder, 1980).

TABLA 18. (a) Producción de fitoplancton, zooplancton, larvas de quironómidos y bacterias, en estanques abonados y sin abonar, con o sin peces en Israel 1
Alimento naturalSin pecesCon peces
AbonoSin abonoAbonoSin abono
Fitoplancton
(gMS/m3) 2
0.2–4.30.060.3–1.40.06–0.2
Zooplancton
(gMS/m3) 3
0.3–42.40.060.1–1.00.06
Chironomidos
(100's/m2)
79–2151–71–40–2
Bacterias
(1000's/ml) 4
17–27-1.6–6.70.7–4.3

1 Fuente: Schroeder (1980= - temperatura del agua 9–15°C, usando el estiércol de los establos y unpolicultivo de carpa común, tilapia y carpa plateada.
2 Fitoplancton retenido en una malla de 50 micras, gramos en peso seco/m3
3 Zooplancton retenido en una malla de 150 micrones, gramos en peso seco/m3
4 Concentración de bacterias en la columna de agua del estanque (para fondos de estanques con uncontenido de materia orgánica mayor de 1 %, la concentración de bacterias es de 100 a 1000 veces másalta en el fondo que en la columna de agua; Schroeder, 1978).

(b) Organismos alimenticios naturales que se encuentran en el agua y en el fondo de estanques fertilizados y no fertilizados en Israel 1
AbonoFitoplancton
(1000's/ml)
Rotíferos
(No./ml)
Quironómidos
(No./500cm2)
Excremento de pollo 216.41000340
Estiércol líquido de vaca 35.686782
Estiércol de vaca 43.024738
Fertilizante químico 54.634043
Testigo-sin fertilizante2.517059

1 Fuente: Rappaport, Sarig y Bejerano (1977).
2 Abono seco al que se le cubre con agua por 7 días y se aplica a una tasa de 5 Kg de materiaseca/ha/día.
3 Estiércol y excretas que contienen cerca del 10% de materia seca, aplicada como en el caso de losexcrementos de pollo
4 Estiércol fresco de vaca, también conteniendo remanentes de alimento y paja gruesa, tratada como enel excremento de pollos.
5 20 Kg de sulfato de amonio y 15 Kg de superfosfato/ha/semana

Para cada siembra de hasta 9300 peces/ha, se obtuvo una producción anual de 0.75 Kg de peces (comparable con una producción anual de 1 kg de pescado en estanques con alimento peletizado convencional; Hepher y Schroeder, 1974). Esos resultados también indicaron una conversión eficiente de estiércol en nuevo tejido de peces; para cada kg de pescado producido, se usaron aproximadamente de 3 a 3.5 kg de estiércol seco (eficiencia de conversión citada por Hepher y Pruginin, 1981). Wohlfarth y Schroeder (1979) reportan una eficiencia de conversión de 2.7 y 3.5 para estiércol de vaca y pollo para pruebas de abonado conducidas para estiércoles en Dor, Israel, con un policultivo de carpa común, carpa plateada, tilapia y carpa herbívora. En contraste, Garson, Pretto y Rouse (1986) reportaron una eficiencia de conversión del camarón (P. vannamei/P. stylirostris) de 17 y 20 para estiércol de pollo y vaca respectivamente (eficiencias de conversión calculadas en base seca de estiércol y para el camarón entero). Recálculos de los datos de Wyban et al., (1987) con estanques de camarón (P. vannamei) que recibieron solamente estiércol de vaca muestran una eficiencia de conversión (estiércol seco:camarón entero) de 21 y 11 para densidades de siembra de 5/m2 y 15/m2, respectivamente; estos autores también reportan que la capacidad de carga de los estanques fertilizados que recibieron 1800 kg de estiércol/ha/semana fue equivalente a cerca de 1700 kg de camarón/ha.

Si se va a obtener el máximo beneficio de la amplia variedad de alimento vivo disponible en un estanque bien fertilizado (ej. fitoplancton, zooplancton, detritus enriquecido con bacterias, macrofitas algas bénticas y animales), es esencial que estos estanques sean sembrados con peces y/o camarones con diversos hábitos alimenticios (Stickney, 1978 Wohlfarth y Schroeder, 1979; Schroeder, 1980; Malecha et al., 1981; FAO, 1983; Vincke 1985; Zweig, 1985). Estrategias de policultivo de peces datan de la Dinastía China Tang (7a Centuria D.C.; Zweig 1985) y en China se apoyan en tres principios básicos (FAO, 1983):

  1. Debido a que las heces de la carpa herbívora son ricas en fibras de plantas no diferidas, ellas ayudan al desarrollo del plancton con la cual se alimenta la carpa plateada y la cabezona;

  2. Para controlar los moluscos, se adicionan al estanque de 75 a 100 carpas negras/ha, mientras que, para controlar peces pequeños y camarón rojo, pueden ser agregados de 450 a 600 peces carnívoros; si el estanque se drena anualmente

  3. La carpa común mueve el fondo del estaque para obtener su alimento, lo cual ayuda a airear el sedimento, la materia orgánica se oxida, los minerales se reciclan y finalmente se fortalece el desarrollo del plancton y el crecimiento de las especies que se alimentan del mismo;

  4. Debido a que se puede desarrollar competencia entre la carpa común y la carpa lodera, la plateada y la cabezona, o la plateada y la lodera, se hace necesario limitar el numero de una u otra de estas especies (carpa común: 150–225 kg/ha; carpa plateada: 300–450 kg/ha)”.

1Por ejemplo, Yashouv (1971) reportó en Israel una producción de carpa común de 390 kg/ha en monocultivo y 714 kg/ha en policultivo con carpa plateada (la producción de la carpa plateada fue de 1923 kg/ha; los dos estanques recibieron la misma cantidad de fertilizantes inorgánico y estiércol). Yashouv explica que el mejoramiento en el crecimiento resultó de una “interacción positiva (sinergística) sobre la base del incremento de los recursos alimenticios. Cada una de las especies de peces procesa una fuente de alimento, haciéndolo entonces disponible para otra. Las heces de la carpa plateada, ricas en fitoplancton parcialmente digerido, hacen disponible este recurso alimenticio para la carpa común, la cual de otra manera no lo podría utilizar. La carpa común, mediante el excavado y remoción del fondo del estanque, libera el agua pequeñas partículas orgánicas, las cuales son utilizadas por la carpa plateada”.

De un total de 25 especies cultivadas en China, nueve especies tienen hábitos alimenticios lo suficientemente diferentes para que puedan ser cultivadas juntas y al mismo tiempo en un solo estanque. La carpa herbívora (C. idella) la brema wuchang (M. amblycephala) se alimentan de plantas terrestres y macrofitas acuáticas; la carpa plateada (H. molitrix) y la cabezona (A. nobilis) se alimentan principalmente de fitoplancton y zooplancton, respectivamente; la carpa negra (Mylopharyngodon pisceus) se alimenta de moluscos (caracoles); la carpa lodera (Cirrhinus molitrella) se alimenta del detritus del fondo y la carpa común (C. carpio) se alimenta de invertebrados bénticos y de la mayoría de los alimentos mencionados anteriormente con excepción del plancton (Zweig, 1985). La tabla 19 muestra los hábitos alimenticios naturales de los adultos de tilapia y otras especies importantes de peces y camarones. Las tasas de siembra de las especies que se han encontrado que dan resultados satisfactorios en estanques fertilizados incluyen:

  1. Carpa común: tilapia (aureus): carpa plateada, 5:2.5:1.5; total de 4500–9500 peces/ha (Israel - Shroeder, 1978, 1980).

  2. Carpa plateada: carpa cabezona: carpa herbívora: carpa común, 65:1:4:12 con una densidad combinada de cerca de 5500/ha, junto con camarón de agua dulce (M. rosenbergii) a una densidad de 7.9 m2 (USA - Malecha et al., 1981; para otros estudios de policultivo con camarón consultar a Cohen, Ra'anan y Barnes, 1983; Wohlfarth et al., 1985 Rouse, Naggar y Mulla, 1987).

  3. Carpa plateada: carpa cabezona: carpa herbívora: brema wuchang: carpa cruciana (Carassius carassius): carpa común, 4500:1500:4500:3000:1500/ha, haciendo un total de 18000 peces/ha (China - Shan et al., 1985).

  4. Carpa común (50–70%), carpa plateada (20–30%), carpa cabezona (10%), carpa herbívora (5–10%) y silúrido (Silurus glanis); Hungría, ADCP 1984).

  5. Carpa plateada: carpa cabezona:carpa herbívora:carpa común, 75000:1550:4500:1500/ha, haciendo un total de 15000 peces/ha; carpa plateada:pez wuchang;carpa cruciana;carpa cabezona;carpa herbívora:carpa común, 4500;3000:3000:1550;4500:1500/ha que hacen un total de 18000 peces/ha (China - Zang, Zhu y Zhou, 1987; para otras tasas de policultivo ver a FAO, 1983).

  6. Carpa plateada:carpa cabezona:carpa herbívora:tilapia (niloticus, machos): tilapia (aureus, machos), 2500:250:150:7500:5000/ha, haciendo un total de 15400 peces/ha (Alabama USA - Behrends et al., 1983).

La selección final de la tasa de especies y el tamaño de siembra dependerá del tipo de cultivo proyectado (rural/de subsistencia o granja comercial), la disponibilidad y costo de los fertilizantes y alimentos y de la productividad natural del cuerpo de agua en cuestión. Para información sobre los cálculos de las tasas de peces en policultivo y las densidades de siembra, ver FAO (1983) y Horvat, Tamas y Tolg (1984).

TABLA 19. Hábitos alimenticios naturales de algunas especies de peces y camarones cultivados en estanques.
EspeciesHábitos alimenticios reportados para adultos
Tilapia 1 
esculentusFitoplancton
rendalliMacrofitas, perifiton adherido
mossambicusMacrofitas, algas bénticas, fitoplancton, larvas y huevos de peces, detritos.
aureusFitoplancton, zooplancton
niloticusFitoplancton
kottaeFitoplancton, detritos, invertebrados
mariaeFitoplancton, invertebrados
galilaeusFitoplancton
zilliiMacrofitas, invertebrados bénticos
guineensisAlgas, detritos, arena, invertebrados
melanotheronAlgas, detritos, arena, invertebrados
variabilisAlgas
leucostictusFitoplancton, detritos
sparmaniiPerifiton
shiranusMacrofitas, algas, zooplancton
panganiPerifiton
jipePerifiton
Sabalote (Chanos chanos) 2, 3Algas, fitoplancton, detritos, perifiton
Lisa gris (M. cephalus) 2, 3Algas, fitoplancton, detritus, macrofitas
Langostino (M. rosenbergii) 4Bentofago detritívoro/omnívoro

1 Bowen (1982)
2 Schroeder (1980)
3 King y Garling (1986)
4 Malecha et al. (1981)

3.2.4.2 Fertilización con estiércol mediante aplicación manual

El efecto estimulante del estiércol sobre la productividad natural del estanque, se determina en gran medida por su método de distribución y aplicación (ejem. cantidad y frecuencia de aplicación). Entre mejor se distribuya el estiércol en el área del estanque, mejor será el efecto de fertilización que se alcance (Delmendo, 1980; Edwards, 1982; Woynarovich, 1985). Adicionalmente, los estiércoles que producen partículas coloidales finas, son mas rápidamente colonizados y descompuestos por las bacterias, y en consecuencia serán mas efectivos que aquellos presentados en grandes terrones o montones (Hepher y Pruginin, 1981). Woynarovich (1979) encontró que cuando el estiércol fresco y suave se mezcló con agua del estanque y se roció repetidamente sobre toda el área del mismo, se liberaron cantidades suficientes de compuestos de carbono, para mantener una alta productividad primaria. Esto se cree que se debe, al hecho de que aproximadamente 30% del contenido de materia seca del estiércol líquido de vaca se encuentra en un estado coloidal, y entonces actúa como un substrato ideal para el crecimiento de bacterias y protozoarios en el fondo y en la columna de agua del estanque (Moav et al., 1977). Similarmente, Schroeder (1980) reporto que un máximo de 40% de los solidos totales del estiércol fresco de ganado, permanece suspendido en la columna de agua, de los cuales, el 50–60% se haya en la forma de materia inorgánica. Sin embargo, el también notó, que aproximadamente el 90% de la materia orgánica gruesa se deposita en el fondo después de dos horas y que esas acumulaciones de unos cuantos mm, resultan en el desarrollo de condiciones de sedimento anaeróbico. De lo anterior se deriva que el estanque puede digerir aerobicamente, por unidad de área y de tiempo, una cantidad máxima de estiércol; la adición de estiércol por sobre este nivel limite, lleva a la acumulación de materia orgánica en el fondo del estanque, y al desarrollo indeseable de condiciones anaerobicas intersticiales (Edwards, 1982). De acuerdo con Schroeder (1980), la cantidad máxima de estiércol que un estanque puede digerir sin efectos anaeróbicos indeseables, es de alrededor de 100–200 kg de estiércol seco/ha/día, o 70–140 kg de materia orgánica/ha/día (para las condiciones de estanques israelíes). Esos valores corresponden aproximadamente al estiércol producido por 100–200 cerdos de 100 kg cada uno por ha/día, 15–30 vacas de 500 kg cada una/ha/día, o 2000–4000 gallinas de 2 kg cada una/ha/día (Edwards, 1982). Para obviar el posible peligro de desoxigenación del agua por el amontonamiento del estiércol y la eutroficación de estanques (debido a picos no registrados en el crecimiento bacteriano y al florecimiento de fitoplancton), el estiércol deberá ser adicionado tan frecuentemente como sea posible, por lo menos diariamente, en varias cantidades pequeñas (Schroeder, 1978; Wohlfarth y Schroeder, 1979; Woynarovich, 1979; Hepher y Pruginin, 1981). Aún cuando la demanda de oxígeno del estiércol no es muy grande sí éste se distribuye uniformemente sobre la superficie del estanque, se recomienda aplicarlo a media mañana, cuando los niveles de oxígeno aumentan rápidamente debido a la fotosíntesis; esto además minimiza la demanda de oxígeno provocada por el rompimiento bacteriano del estiércol, durante las horas críticas antes del amanecer (Woynarovich, 1980; Edwards, 1982). Además, dado que los requerimientos de abono de un estanque dependen de las necesidades de alimento vivo de la biomasa de los peces/camarones presentes, la tasa de abonado deberá de incrementarse (hasta un nivel máximo seguro) al aumentar la biomasa de peces o la capacidad de carga (Hepher y Pruginin, 1981). En la Figura 16 se muestra la relación entre la capacidad de carga total y el requerimiento diario de estiércol obtenida por Wohlfarth (1978), para estanques en Israel. En la Tabla 20 se presentan ejemplos de programas de fertilización con estiércol, empleados por otros investigadores. Se debe recordar, sin embargo, que las tasas de abonado mostradas son para estanques y granjas especificas, por lo cual solo se deben usar como una “guía” tentativa, por personas que deseen desarrollar sus propios programas de fertilización de estanques.

FIGURA 16

FIGURA 16

Relación entre las necesidades de estiércol y la capacidad de carga en estanques para peces en Israel (Wohlfarth, 1978).

Comúnmente se emplean tres métodos básicos para la distribución de estiércol en estanques para peces o camarones (Woynarovich, 1978):

FIGURA 17

FIGURA 17
Métodos de distribución de abonos orgánicos (Woynarovich, 1985)

TABLA 20. Ejemplos de programas de fertilización para estanques de peces y camarones.

AGUA DULCE

  1. Peces en general - Israel (Schroeder, 1980):

  1. Peces en general - Panamá (MIDA, 1985a):

  1. Peces en general - Brasil (Woynarovich, 1985):

  1. Policultivo carpa/tilapia - USA (Behrends et al., 1983):

  1. Policultivo de carpa - China (Shan et al., 1985):

  1. Tilapia híbrida (macho hornorum X hembra mossambica) - Costa Rica (González et al., 1987):

  1. Tilapia - Rwanda (Schmidt y Vincke, 1981):

  1. Corvina - USA (Colura, 1987):

  1. Policultivo de carpa - Hungría (Olah et al., 1986):

  1. Tilapia nilotica - Tailandia (Edwards et al., 1984):

  1. Policultivo tilapia/langostino - USA (Teichert-Coddington et al., 1987):

  1. Policultivo tilapia/langostino - USA (Rouse, Naggar y Mulla, 1987):

  1. Camarón (P. vannamei) - USA (Wyman et al., 1987):

  1. Camarón (P. stylirostris/P. vannamei) - Panamá (Garson, Pretto y Rouse, 1986):

3.2.4.3. Fertilización con estiércol mediante la integración con la cría de animales de granja

El uso de estiércol fresco a través de la integración con la cría de animales, requiere que éstos vivan confinados (gallineros, pateras, zahurdas, etc.), junto o sobre el estanque para peces o camarones. Las ventajas de ésta integración son varias, incluyendo:

Entre los animales que se han usado exitosamente en sistemas de cultivo integrados acuacultura/animales de granja se hayan:

En la Figura 18 se muestra una representación diagramática de un sistema típico de cultivo integrado animales de granja/ acuacultura.

FIGURA 18

FIGURA 18

Representación diagramática de un sistema de cultivo integrado cerdos-pescado, empleado en Tailandia (Edwards et al., 1983).

La cantidad de estiércol normalmente producida por clases individuales de animales de granja por día, y el numero de animales usualmente confinados por unidad de área de estanque se muestra en la Tabla 21. Sin embargo, se debe recordar siempre que la composición del estiércol es variable (dependiendo del peso del animal, edad, características alimenticias, clima y manejo; Edwards, 1983) y que la densidad de animales mantenidos por unidad de área de estanque variará de granja en granja o de área en área, dependiendo de la productividad natural del embalse, las especies de peces empleadas (tasa de policultivo y densidad) y su tolerancia a la calidad de agua. El último punto es de particular importancia; el bagre con respiración aérea (Pangasius sp) y las tilapias, generalmente son más tolerantes que las carpas asiáticas a condiciones de pobre calidad de agua y bajas concentraciones de oxígeno disuelto (como las que existen en estanques muy abonados) y consecuentemente, necesitan menor superficie acuática para reciclar una cantidad dada de estiércol (Delmendo, 1980; Jhingran y Sharma, 1980; Schroeder, 1980; Hepher y Pruginin, 1981). Para información adicional acerca de los sistemas integrados de cultivo animales de granja/acuacultura, los lectores deberán recurrir a las excelentes revisiones de Pullin y Shehade (1980) y de Little y Muir (1987).

TABLA 21. Tasas de producción de estiercol de animales de granja y densidades de confinamiento recomendadas por unidad de área de estanque 1

CERDOS

  1. Producción de estiércol y características

TipoEdadExcremento (kg/día)Orina (kg/día)Total (kg/día)
Lechón 130 – 60 días0.9 – 1.41.6 – 2.42.5 – 3.4
Engorda 260 – 220 días3.0 – 3.43.5 – 4.06.5 – 7.4
Juveniles1 año promedio4.0 – 6.04.5 – 6.58.5 – 12.5
Cerda 31 año promedio7.5 – 8.58.0 – 9.015.5 – 17.5
Verraco1 año promedio7.0 – 8.07.0 – 8.514.0 – 16.5

1 Composición de excretas totales de lechón: Materia seca 2.98%, carbono 2.72%, nitrogeno 0.4%, amonio 0.24%, fosfato 0.10%.
2 Composición de excretas totales de cerdos en engorda: materia seca 6.62%, materia orgánica 3.34%, carbono 3.35% nitrógeno 0.57%,amonio 0.27%, fosfato 0.12%.
3 Composición de excretas totales de cerda: materia seca 7.95%, materia orgánica 4.76%, carbono 4.0%, nitrógeno 0.68%, amonio 0.24%,fosfato 0.10%

  1. Densidades de animales por unidad de área de estanque.

• Rango reportado:15–300 cerdos/ha (Edwards, 1982)
30–45 cerdos/ha (China: Tapiador et al., 1977)
40–60 cerdos/ha (Filipinas: Cruz and Shehadeh, 1980; Producción mayor de pescado obtenida con 60 cerdos/ha en policultivo de 20,000 peces/ha - 85% T. nilotica, 14% C. carpio y 1% Ophicephalus striatus, producción neta de peces de 1950 kg/ha en 90 días).
60 cerdos/ha (densidad media reportada: Woynarovich, 1979; Delmendo, 1980; Nugent, 1978).
103 cerdos/ha (Filipinas: Hopkins et al., 1981; Policultivo y densidad igual a Cruz and Shehadeh, 1980 - rendimiento neto de pescado 3549 kg/ha en 180 días).
100 cerdos/ha (Africa: Vincke, 1985; Densidad de siembra 2 crías de T. nilotica por m2, producción esperada peces y cerdos de 8000 y 6000–9000 kg/ha/año respectivamente).
50–100 cerdos/ha (Africa: Viveen et al., 1985).
57–61 cerdos/ha (USA: Malecha et al., 1981).
30–40 cerdos/ha (100–200 máximo; Brasil: woynarovich, 1985).
100 cerdos/ha máximo (Panamá: MIDA, 1985a).

PATOS

  1. Producción de estiércol y características

  1. Densidad de animales/unidad de área de estanque

• Rango reportado:150–13,125 patos/ha (Edwards, et al., 1982).
150–400 patos/ha (Europa: Probst, 1934; Chislov and Chesnakov, 1974).
1500 patos/ha (Tailandia: Edwards and Kaewpaitoon, 1984; Edwards, et al., 1983).
1000–2000 patos/ha (Israel: Plavnik, Barash and Schroeder, 1983; en policultivo de 10,000–20,000 peces/ha, compuesto por carpa común, carpa plateada, carpa herbívora y T. nilotica/aurea).
1000 patos (máximo)/ha (Panamá: MIDA, 1985a)
300 patos (máximo)/ha (Brasil: Woynarovich, 1985).
1000–1500 patos/ha (Africa: Viveen et al., 1985; Vincke, 1985).
750–1250 patos/ha (Filipinas: Cruz and Shehadeh, 1980; mayor producción de pescado obtenida con 750 patos/ha y policultivo de 20,000 peces - 85% T. nilotica, 14% C. carpio y 1% O. striatus, producción neta de pescado 1690 kg/ha en 90 días).
2200 patos/ha (Taiwan: Chen and Li, 1980).
1000–2000 patos/ha (Vietnam: Delmendo, 1980).

POLLOS

  1. Producción de estiércol y características

  1. Densidad de animales/unidad de área de estanque.

• Rango reportado:1000–10,000 pollos/ha (Edwards, 1982)
 1000–3000 pollos/ha (Africa: Vincke, 1985; Viveen, et al., 1985).
 2000 pollos (max)/ha (Panamá, MIDA, 1985a)
 1000–5000 pollos/ha (Filipinas: Hopkins and Cruz, 1980; producción neta de pescado en 90 días con 1000 pollos/ha densidad incial de siembra de 20,000 peces/ha - policultivo T. nilotica, C. carpio y O. striatus.

GANADO/OVEJAS/CABRAS/GANSOS

  1. Producción de estiércol y características

  1. Densidad de animales/unidad de área de estanque

• Rango recomendado:25–50 vacas/ha (Panamá: MIDA, 1985a)
200–400 gansos/ha (Panamá: MIDA, 1985a)

1 Las densidades de animales presentadas se refieren a estanques de peces, ya que hay poca o nula información para sistemas integrados de animales de granja: camarón.

3.2.4.4 Fertilización con abono mediante ensilados y fermentación

En muchas partes del mundo, los abonos orgánicos y excrementos son primero estabilizados biológicamente, mediante ensilado aeróbico o fermentación anaeróbica, antes de aplicarse como fertilizante en los estanques. Ambos procesos se fundamentan en la descomposición microbiana controlada de un desecho orgánico; el primero (ensilado) en presencia de oxígeno atmosférico, y el segundo (fermentación) en ausencia del mismo (Figura 19). El racional para el uso de esas técnicas de estabilización es, acelerar los procesos de descomposición natural y así, reducir la pérdida de tiempo entre la aplicación del fertilizante y el aumento de la productividad natural. En adición a la producción de subproductos utilizables como la energía calórica (ensilado) y el biogas (mezcla de metano y bióxido de carbono; fermentación anaeróbica), esas técnicas estabilizadoras permiten el uso de desechos agrícolas, los cuáles tendrían un bajo valor como fertilizante en su estado natural o sin descomponerse (i.e. pulpa de café, desechos de caña de azúcar, paja de arroz, copra); facilitan la destrucción de patógenos y parásitos potencialmente peligrosos, los cuales pueden estar presentes en el material sin tratar (i.e. desechos fecales humanos); reducen el peso del material original y reducen también la demanda de oxígeno del desecho estabilizado al aplicarse al cuerpo de agua. Para revisiones generales de técnicas de ensilado y fermentación anaeróbica, los lectores deberán referirse a las revisiones de Gotaas (1956), Hauck (1978), McGarry y Stainforth (1978), Gaur (1980), Taiganides (1980), Anon (1981), Biddlestone, BallyGray (1981), NRC (1981a) y Gasser (1985).

Ensilado.

El ensilado es un proceso aeróbico, en el cuál los estiércoles y desechos orgánicos son parcialmente descompuestos en “humus”, por una población mezclada de microorganismos e invertebrados, en un medio ambiente controlado, caliente y húmedo. El flujo del proceso de ensilado se muestra en la Figura 20 y la reacción se puede representar como sigue:

O2

Materia orgánica —→CO2+H2O+nutrientes inorgánicos+humus + calor
actividad   
microbiana
 (mineralización)(energía)

En el proceso de ensilado están involucrados principalmente microorganismos (bacterias, actinomicetos, hongos, algas y protozoarios; sus números/g en ensilado húmedo comúnmente se hayan entre 108–109, 105–108, 104–106, 104 y 104–105 respectivamente), y en menor grado animales invertebrados (gusanos, nematodos, anelidos, lombriz de tierra, miriápodos, cienpies, acaros, escarabajos y larvas de dipteros; Biddlestone, Ball y Gray, 1981; Figura 21). Durante el curso del ciclo de ensilado, alrededor del 50 % del carbón orgánico contenido en el material original se pierde como dióxido de carbono y agua, con una reducción consecuente en el peso total inicial y un incremento equivalente en la densidad de nutrientes (en términos de contenido de nutrientes y biomasa de animales vivos). La ventaja del ensilado desde un punto de vista nutricional, es que los subproductos agrícolas que de otra forma tendrían bajo valor nutritivo para peces o camarones cultivados, pueden ser transformados nutricionalmente y mejorados para ser potencialmente útiles en acuacultura, tanto como un fertilizante eficiente para los estanques, o como fuente suplementaria de alimento. Los principales parámetros de control microbiano para un ensilado óptimo, se presentan en la Tabla 22.

FIGURA 19

FIGURA 19
Productos finales de la descomposición orgánica (Fry, 1976)

FIGURA 20

FIGURA 20
El proceso de ensilado (Biddlestone, Ball y Gray, 1981)

FIGURA 21

FIGURA 21
Cadena alimenticia del silo (NRC, 1981a)

TABLA 22. Principales factores fisicoquímicos que afectan al ensilado.

1. Contenido de nutrientes - relación Carbono (C): Nitrógeno (N):

La velocidad del proceso de ensilado es dependiente de la tasa C:N de la materia orgánica a ser ensilada. Las tasas C:N y C:P deseadas son 25–35:1 y 75–100:1 respectivamente (Biddlestone, Ball y Gray, 1981; NRC, 1981a; Edwards, 1982; De Bertoldi et al., 1985). Si hay un exceso de C comparado con el N en el material a ser ensilado (i.e. tasa C:N > 35), el proceso biológico de descomposición es lento, debido a que los microorganismos deben de pasar por muchos ciclos de vida, oxidándose el exceso de C hasta que se alcanza una tasa C:N más conveniente para su metabolismo (siendo las tasas C:N y N:P de los microorganismos en base seca 10:1 y 5–20 respectivamente; Alexander, 1961). En contraste, una tasa C:N baja en el material inicial (i.e. tasa C:N < 15) podría resultar en pérdida de N en el sistema por formación de amoniaco (particularmente a temperaturas y pH elevados; NRC, 1981a; De Bertoldi et al., 1985).

2. Contenido de humedad, ventilación y tamaño de partícula:

El contenido óptimo de humedad para un ensilado eficiente es de alrededor de 50– 70%; una baja humedad provoca deshidratación temprana que impide el crecimiento bacteriano, mientras que un alto contenido interfiere con la ventilación (al obstruir con agua los poros entre las partículas), con el desarrollo consecuente de condiciones anaeróbicas y muerte de la microflora y fauna aeróbicas presentes (Biddlestone, Ball y Gray, 1981; NRC, 1981a; De Bertoldi et al., 1985). Para facilitar una ventilación adecuada y mantener condiciones aeróbicas, el material que se está ensilando deberá ser mezclado periódicamente, o dejar hoyos de ventilación en el silo (i.e. usando tallos huecos de plantas como Typha, Phragmites o bambú; Guar, 1980; NRC, 1981a). De acuerdo con De Bertoldi et al., (1985), el aire entre la masa del silo deberá contener 15–20 % de oxígeno y 0.5–5% de dióxido de Carbono, para mantener condiciones aeróbicas adecuadas; niveles de oxígeno inferiores a estos, favorecerán el crecimiento de microorganismos anaeróbicos. Biddlestone, Ball y Gray (1981) han estimado el flujo de aire óptimo como 0.6–1.8 m3 de aire/día/kg de sólidos volátiles durante la rápida etapa termofílica del ensilado.

El tamaño de partícula del material tendrá también un papel importante en la velocidad del proceso; tamaños de partícula pequeños favorecen el ataque microbiano y la descomposición, pero también aumenta el peligro de sobrecompactación y la obstrucción de los poros con agua. El tamaño de partícula más deseable para un ensilado eficiente es de 1.5–7.5cm, aunque partículas mayores pueden ser adecuadamente ensiladas (Biddlestone, Ball y Gray, 1981; Guar, 1982).

3. Temperatura:

El calor generado durante la actividad microbiana va de 25–35°C durante los primeros días del proceso de descomposición (denominado la etapa mesofílica), a 45–70°C durante la fase rápida de máxima descomposición (denominada etapa termofílica), cayendo nuevamente a 25–35°C durante la fase de enfriamiento y maduración, donde los nutrientes digeribles han sido totalmente agotados por la microflora y fauna descomponedora. El calor generado durante la etapa termofílica del ensilaje, tiene la ventaja adicional de eliminar los patógenos y parásitos termolábiles que pueden estar presentes en el material; temperaturas de 55–60°C por más de un día son suficientes para destruir virus entéricos, salmonellae, shigellae, Escherichia coli, Cholera vibrio, Leptospires, huevos de acantocéfalos, de Ascaris y de Schistosoma, quistes de Entamoeba histolitica, Taenia saginata, Brucella obortus y Streptococcus pyogenes (Gotaas, 1956; McGarry y Stainforth, 1978; Feachem et al., 1980; Gaur, 1980; Muller, 1980). Sin embargo, se deberá evitar en lo posible el mantenimiento de temperaturas de ensilaje de 65°C o más por largos períodos, para evitar pérdidas excesivas de nitrógeno y eliminación térmica de bacterias/hongos; esas temperaturas altas pueden ser evitadas mediante un mezclado regular del material en ensilaje, o incrementando la aireación. Por el contrario, es necesario que el calor generado durante la actividad microbiana sea conservado en el silo en un nivel de alrededor de 50–60° C (durante la etapa termofílica), para mantener un rápido crecimiento microbiano y descomposición de desechos. En silos abiertos, esto se puede lograr aislando el montón de material con una capa de suelo, cubriéndolo con una lamina de plástico negro, protegiéndolo contra los vientos prevalecientes, o controlando la ventilación (McGarry y Stainforth, 1978).

4. Nivel de pH:

Aún cuando se pueden ensilar materiales orgánicos con un pH entre 3 y 11, el rango óptimo se encuentra entre 5.5–8; para rápido crecimiento, los hongos prefieren condiciones ácidas y las bacterias medios cercanos al neutro (NRC, 1981a; De Bertoldi et al., 1985). Sin embargo, durante el proceso de ensilado usualmente no se requiere el control del pH mediante encalado (Gotaas, 1956; Biddlestone, Ball y Gray, 1981).

5. tamaño de la pila para ensilaje:

Para ensilados por amontonamiento bajo condiciones naturales de aireación, el material a ensilar no se debe apilar a alturas mayores de 1.5m o anchuras de 2.5m, pero se puede acomodar en silos de cualquier longitud; alturas y anchuras mayores a las señaladas, disminuirán la circulación de aire en el centro del silo y consecuentemente abatirán la actividad microbiana (Biddlestone, Ball y Gray, 1981).

6. Mezclado o proporciones de materiales para ensilar:

La relación C:N y la humedad, son dos factores importantes que se deben considerar cuando se proporcionan y mezclan diferentes tipos de materiales para ensilaje. Para obtener la relación C:N inicial y contenido de humedad deseados, materiales con una baja tasa C:N (estiércoles, descargas de albañal, desechos de rastro, desechos animales, leguminosas, hierbas verdes, macrofítas acuáticas - lirio acuático), deberán ser mezclados con materiales con una relación C:N alta (aserrín, papel, trozos de madera, desechos de caña de azúcar, pulpa de café), mientras que materiales húmedos se mezclarán con materiales secos (i.e. mezclando estiércoles frescos o descargas de albañal con paja, bagaso de caña de azúcar o astillas de madera). También puede adicionarse suelo seco para reducir el contenido de humedad en materiales húmedos, aplicado a ensilados con un alto contenido orgánico, para controlar condiciones ácidas y como un diluyente para retardar la fermentación (Gotaas, 1956). La importancia de la tasa C:N final del material mezclado, se puede ver en el efecto directo sobre el tiempo requerido para el ensilaje; por ejemplo, bajo condiciones óptimas, los materiales de desecho, mezclados o individuales, con una relación C:N baja (25–30:1), se pueden ensilar en alrededor de 4 semanas (i.e. ensilado de lirio acuático), mientras que materiales con una tasa C:N elevada (100:1) requieren de 4 a 6 meses para ser ensilados (i.e. paja de arroz, desechos de caña de azúcar, pulpa de café; Gotaas, 1956; Edwards, 1982). Para la relación C:N de desechos orgánicos y ensilados individuales ver a Mistray-Hesse y Tacon (1987a).

Para propósitos de acuacultura se pueden considerar dos métodos de ensilado “abiertos”, el silo de pila revuelta y el estático; el primero requiere que el material sea mezclado manualmente a intervalos regulares de 2–4 semanas, para facilitar la aireación y mezcla del ensilado, mientras que el segundo requiere aireación artificial usando técnicas de sopladores mecánicos o extractores de aire. En la Figura 22 y Tabla 23 se dan ejemplos de técnicas de ensilaje y métodos que se han probado o usado para producir fertilizantes orgánicos de bajo costo, para sistemas de producción de acuacultura en estanques. En adición a los métodos de ensilaje convencionales señalados, el proceso de ensilaje se puede acelerar mediante el cultivo de invertebrados específicos, en particular lombriz de tierra en el substrato, proceso denominado “vermiensilaje” o “vermicultivo”. La lombriz de tierra tiene la habilidad de crecer en una amplia variedad de desechos (incluyendo desperdicios de procesamiento de alimentos, pulpa de papel, estiércoles, desechos de albañal, substrato de hongos agotado), y alimentarse directamente de la comunidad microbiana residente. En virtud de su habilidad de ingerir directamente partículas de desecho y suelo, la lombriz de tierra tiene un efecto estimulante sobre el proceso de ensilado por 1) aumento del área de superficie de partículas excretadas, 2) aumento de la penetración y circulación del oxígeno en el silo mediante sus actividades de excavado, 3) eliminación de colonias de bacterias seniles y estímulo de crecimiento bacteriano nuevo, y 4) aumento de la interacción entre microflora, protozoarios y nematodos, y consecuentemente, mejora del flujo e intercambio de nutrientes (Mitchell, 1979; Mitchell et al., 1980; NRC, 1981a; Edwards et al., 1985). Por ejemplo, la tasa de descomposición de descargas de albañal aeróbicas ha mostrado una aceleración de 2–5 veces, por la presencia de la lombriz roja de tierra Eisenia foetida (NRC, 1981a). En adición a su efecto estimulante sobre el proceso microbiano de ensilado, la biomasa de lombrices representa una valiosa dieta completa de alta calidad para peces y camarones en cultivo; en base seca, la lombriz de tierra contiene 55–65% de proteína cruda y 7.5– 12.5% de lípidos crudos (Guerrero, 1983; Hilton, 1983; Tacon, Stafford y Edwards, 1983; Stafford, 1984; Stafford y Tacon, 1984, 1985; Tacon, 1987a). El potencial de producción de biomasa de lombrices durante el proceso de ensilado, es de considerable valor, en el sentido de que pueden ser alcanzadas eficiencias de conversión de desecho a biomasa de lombriz de 5–10%, bajo condiciones óptimas de cultivo (Stafford, 1984). De acuerdo con Edwards et al., (1985), las condiciones óptimas de cultivo para E. foetida incluyen contenido de humedad en el substrato de 80–90%, una relación lombriz: desecho animal de 1:50, pH del substrato de 5 (rango 4–9), un substrato aeróbico con bajo contenido de amonio, un substrato bien drenado con profundidad de 30–40 cm, y temperatura de 25°C. Mediante un cuidadoso manejo de la actividad de estos organismos, Edwards et al., (1985) reportan que excrementos sólidos y desechos animales, basados en pajas o recortes de madera, pueden ser rápidamente degradados, variando desde 2 a 4 semanas para sólidos separados hasta 2–3 meses para pajas y restos de madera. Aún cuando las condiciones de cultivo que favorecen el crecimiento de las lombrices de tierra, difieren un poco de las condiciones óptimas para el ensilado revuelto convencional mencionadas previamente (Tabla 22), un arreglo entre los dos procesos podría producir un ensilado con excelentes propiedades fertilizantes para estanques y una dieta suplementaria de alta calidad, para los peces o camarones cultivados. Otros invertebrados detritívoros que también se pueden considerar durante el proceso de ensilaje son las larvas y pupas de mosca doméstica (Calvert, Martin y Morgan, 1969) y las de mosca soldado (Hale, 1973; Müller, 1980; Bondari y Sheppard, 1981). Puede ser suficiente aplicar estiércol fresco en el exterior de una pila de ensilaje maduro (i.e. en enfriamiento), dos semanas antes del término de su ciclo, de manera que el estiércol atraerá moscas a depositar sus huevos en él y en el transcurso de las dos semanas, la capa externa de la pila de ensilado estará llena de larvas y pupas. En esta importante área se requieren considerables investigaciones.

FIGURA 22
FIGURA 22

FIGURA 22
Técnicas simples de ensilado en silo revuelto a) FAO (1979), b) NRC (1981a)

  1. Silo elongado (Gotaas, 1956).
  2. Método indú de montón bajo techo (Guar, 1982).
  3. Método chino de ensilado de alta temperatura (Hauck, 1978). El ensilado se compone principalmente de excremento humano o animal y tallos de plantas picados, en una relación de 1:4. Los materiales se colocan en un montón en capas alternadas, y la humedad se controla manteniéndola en su nivel óptimo con adición de agua.

FIGURA 22

Mientras se hace el montón de ensilaje, se insertan tubos de bambú como ventanas o chimeneas. Ya hecho, se sella con una capa de lodo de 3cm. Los tubos se dejan por 1–2 días y se retiran dejando los huecos, al subir la temp. a 60–70°C (4–5 días) se sellan los huecos. El montón usualmente se revuelve después de 2 semanas para una buena descomposición, se agrega agua y excretas humanas o animales para corregir falta de humedad, se reamontona y sella. El ensilado usualmente esta listo después de 2 meses (Hauck, 1978)

Se llena la zanja a nivel del terreno con el material y se cubre con 5cm de tierra. Mezclas adecuadas incluyen 25% excretas humanas, 25% heces animales, basura, matorrales y cenizas, hierbas y hojas, y 25% de tierra (Peso/peso)

FIGURA 22
  1. Silo chino continuo a nivel del terreno (McGarry y Stainforth, 1978)
  2. Ensilaje chino en foso completamente aeróbico (McGarry y Stainforth, 1978)
  3. Método tailandés de silo en trinchera (FAO, 1980)

TABLA 23. Ejemplos de métodos de ensilaje

1. Método de ensilaje apilado/amontonado para piscicultores rurales - Africa (FAO, 1979):

Método de fertilización con ensilado:

2. Método de ensilaje de trinchera/apilado para piscicultores rurales - Africa (Schmidt y Vincke, 1981):

De acuerdo con Schmidt y Vincke (1981), se requieren entre 5 y 7 ton de materia orgánica para preparar una pila de ensilaje de 9 m3, con un rendimiento de 2800 kg de ensilado después de 3 meses. Esos autores reportan que la producción de peces puede llegar a 3000 kg/ha/año, con una tasa de aplicación de ensilado de 20–30 ton/ha/año (equivalente a una aplicación mensual de 20–30 kg de ensilado/100 m2 de estanque).

3. Ensilaje de lirio acuático a nivel del suelo - Tailandia (Edwards, Kamal y Wee, 1985):

4. Ensilaje de paja de arroz a nivel del suelo - Tailandia (Edwards et al., 1984):

5. Ensilado en foso - Tailandia (Fao, 1980; comentario filmado):

Fermentación anaeróbica

La fermentación anaeróbica es un proceso biológico que ocurre de manera natural, en el cuál los excrementos y desechos orgánicos son descompuestos parcialmente por una población mixta de bacterias, en ausencia de oxígeno. El diagrama de flujo de la fermentación anaeróbica se muestra en la Figura 23 y el total de la reacción, representando la materia orgánica con la molécula de glucosa, se puede resumir como sigue:

Fermentaciónmetanogénesis 
C6H12O6—→3CH3COOH —→3CH4 + 3CO2
bacterianabacteriana 
(glucosa)(ácido acético)(biogas)

El proceso controlado de la fermentación anaeróbica se puede dividir en dos fases consecutivas, la de licuefacción y la de gasificación. Durante la primera, las bacterias facultativas degradan una gran proporción de la materia orgánica en ácidos orgánicos, en particular ácido acético (colectivamente son llamados los ácidos grasos volátiles, AGV). Después, durante la fase gaseosa, los AGV son convertidos en una mezcla de metano y dióxido de carbono (llamado “biogas”) por medio de bacterias metanogénicas. Los principales factores fisicoquímicos que afectan el proceso de fermentación se resumen en la Tabla 24. Comparada con las técnicas aeróbicas de estabilización, la fermentación anaeróbica es más lenta (a temperatura ambiente normal), produce menos energía libre como calor (y por lo tanto es menos eficiente en términos de eliminación térmica de bacterias), contiene una menor biomasa bacteriana (convirtiendo solamente de 10–20% del substrato carbonoso en nueva biomasa bacteriana), y el producto final (sedimento digerido o suspensión y supernadante liquido) con una demanda biológica de oxígeno más alta (Gaur, 1980; Khandelwal, 1981; Edwards, 1982; Baines, Svoboda y Evans, 1985). A pesar de lo anterior, bajo condiciones controladas, la digestión anaeróbica de suspensión de excremento de cerdo puede reducir el contenido de sólidos totales en 40%, la demanda química de oxígeno en 53% y la demanda biológica de oxígeno en 83%, en un período de 10 días de fermentación a 35°C (Baines, Svoboda y Evans, 1985). Además, aparte del obvio valor económico del biogas como combustible doméstico o industrial (el valor calórico del biogas varía entre 20 y 26 MJ/m3; Verougstraete, Nyns y Naveau, 1985), el proceso de fermentación produce también dos subproductos con potencial de fertilizante en acuacultura, a saber - sólidos estabilizados (sedimento digerido o en suspensión) y un sobrenadante líquido o efluente. De acuerdo con Hauck (1978), en China una planta de biogas1 de 10 m3 (tamaño estándar doméstico) produce alrededor de 10 m3 de sedimento digerido/año, 14 m3 de efluente digerido/año y 5 m3 de biogas/día (siendo la producción de biogas suficiente para suministrar a la casa combustible para cocinar y alumbrarse; (Figura 24). Aún cuando la mayoría de los efluentes de digestores en China se usan para fertilizar tierras de labranza, en algunas áreas se utilizan para la acuacultura (Edwards, 1982; FAO, 1983). Barash y Schroeder (1984) encontraron que el excremento de vaca fermentado, es un fertilizante efectivo para estanques de peces en Israel, mientras que Khandelwal (1981) cita el uso de la suspensión resultante de la producción del biogas, como un ingrediente alimenticio usado por piscicultores “progresistas” en Bengala Occidental desde 1976. Es interesante hacer notar que en China, el método tradicional de aplicación directa de estiércol (ej. chiqueros y letrinas colocadas a un lado o sobre los estanques) está siendo reemplazado rápidamente por fermentación controlada; excretas animales mezcladas con materia vegetal y cieno, fermentados anaeróbicamente durante 10 días, así como excretas humanas fermentadas por 4 semanas en digestores sellados, antes de aplicarse como fertilizante en los estanques (FAO, 1983). Sin embargo, no se sabe si este cambio de metodología se dirige hacia la mejora sanitaria de la utilización de desechos (Edwards, 1984), o hacia el ahorro energético y beneficios sociales que pueden obtenerse de la construcción de una planta familiar de biogas (Hauck, 1978).

1 Para información sobre diseño y construcción de plantas de biogas ver Fry (1976), McGarry (1977); Hauck (1978), McGarry and Stainforth (1978), Taiganides (1980), NRC (1981a), FAO (1984) y Verougstraete, Nyns and Naveau (1985).

FIGURA 23

FIGURA 23
Principales caminos bioquímicos durante la fermentación de desechos orgánicos (Taiganides, 1980).

Además de la fermentación controlada de desechos diluidos en un digestor de biogas, los desechos también se pueden fermentar en un silo anaeróbico en los campos agrícolas (Hauck, 1978), o directamente en el estanque (Schmidt y Vincke, 1981; Edwards, 1982: Vincke, 1985; Viveen et al., 1985). Esto último se puede lograr construyendo un enrejado de ensilaje en una esquina del estanque (radio de 1 m, en principio 1 enrejado/100 m2 de estanque) y adicionando los materiales orgánicos en capas alternas bajo la superficie (Figura 25). Entre los materiales se pueden incluir desechos agrícolas picados, fruta podrida, pasto, desechos de aves y excretas animales. De acuerdo con Vincke (1985), para un estanque de 100 m2 se requiere inicialmente alrededor de 50– 60 kg de materia orgánica con un silo de 1 m3, seguida por dosis semanales de 8–10 kg de materia orgánica. Usando esta técnica anaeróbica de ensilado, en la República Centro Africana se han obtenido rendimientos de pescado de 1500 kg/ha/año (T. nilotica) en estanques rurales (Schimidt y Vincke, 1981). Los mismos autores señalan que para colectar, transportar y amontonar la materia orgánica para ensilar material para un estanque de 100 m2, un acuacultor puede emplear en promedio 28 horas al año. En China, Delmendo (1980) reporta que el ensilado (producido anaeróbicamente) se aplica a estanques con niveles de 5 a 10 ton/ha/año.

El valor del ensilaje a nivel rural o de cultivo de subsistencia es que es simple de operar (requiriendo poco entrenamiento), requiere tiempo parcial para trabajar y utiliza productos de desecho localmente disponibles, con poco o ningún costo para el granjero.

TABLA 24. Parámetros fisicoquímicos óptimos para la fermentación anaeróbica y la producción de biogas.

  1. pH: 7–8 (Hauck, 1978; Taiganides, 1980; Khandelwal, 1981; NRC, 1981a).

  2. Relación C:N: 15–30:1 (McGarry, 1977; Hauck, 1978; Taiganides, 1980; NRC, 1981a).

  3. Temperatura: El rango mesofílico normal de digestores es 30–40°C, con temperatura óptima de 35°C (McGarry, 1977; Taiganides, 1980; Khandelwal, 1981; NRC, 1981a; Nyns y Naveau, 1985).

    Rango termofílico alto 45–60°C, con temperatura óptima entre 53–55°C usando sistemas de calentamiento artificial (McGarry, 1977; Taiganides, 1980; Khandelwal, 1981; NRC, 1981a).

  4. Sólidos totales: Es fundamental la dilución del material de desecho antes de la fermentación. La concentración óptima de sólidos totales en un digestor está entre 3 y 10% (Hauck, 1978; Taiganides, 1980; Khandelwal, 1981). En China, las combinaciones/diluciones comunes de materia prima para la producción de biogas incluyen:

    Los desechos agrícolas, pasto verde y otros materiales vegetales se ponen a descomponer por más de 10 días, antes de ponerlos en el digestor (Hauck, 1978).

  5. Tasa de carga: La tasa a la cuál las bacterias son alimentadas en un digestor anaeróbico es crítica. Las tasas de carga son expresadas normalmente como kg de sólidos volátiles de desechos/m3 de cámara de digestor/día. Pueden variar desde menos de 0.2 kg SV/m3/día para lagunas anaeróbicas, 0.2–0.5 kg SV/m3/día para digestores anaeróbicos no agitados (unidades de campo pequeñas para biogas; equivalente para la producción total de desechos de 0.4–1 cerdo, ó 6–15 gallinas ponedoras, ó 0.04–0.1 ganado/m3 del volumen de digestor), 0.5–2 kg SV/m3/día para digestores controlados (ej. empleando agitación parcial y mezcla del contenido del digestor), a 2–6 kg SV/m3/día para digestores de tasas altas, los cuales están completamente agitados y alimentados diariamente (McGarry, 1977; Taiganides, 1980; Khandelwal, 1981).

FIGURA 24

FIGURA 24
El ciclo del “biogas” en China (Hauck, 1978)

a)a)
FIGURA 25FIGURA 25
b)Piedras pesadas para prevenir flotacion del ensiladoc)
FIGURA 25FIGURA 25
d)
FIGURA 25Zanja cubierta con lodo y una columna de agua de 3–4cm para crear condiciones anaeróbicas
1. Abono verde (leguminosas) o plantas acuáticas
2. Mezcla de cieno o paja
3. Abono de establo (cerdos)

FIGURA 25
Silo de enrejado y técnicas de ensilaje anaeróbico.

  1. Silo de enrejado de bambú para estanque de 100m2 (FAO, 1979).
  2. Silo de enrejado lleno con capas de pasto alternadas con desechos frescos, como desperdicios de pollo (Viveen et al., 1985).
  3. Silo de enrejado para abono verde, lleno con trozos de plantas verdes (2–4 enrejados/200m2 de estanque; Edwards y Kaewpaitoon, 1984).
  4. Silo anaeróbico chino en foso (Hauck, 1978).


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