La Calidad de Agua
La calidad del agua
incluye todos los variables físicos, químicos y biológicos que influyen en la
producción de especies acuáticas. Las
prácticas de manejo de cultivos de peces y camarones tienen como objetivo mantener
las condiciones químicas y biológicas (concentraciones de nutrimentos en el
agua, una floración de algas, la densidad de siembra, etc.) adecuadas en el
medio.
Los
factores físicos relacionados con el tiempo y clima son poco controlables
en la producción agrícola. Para diferenciar entre los dos términos, “tiempo”
incluye los cambios atmosféricos en períodos cortos de tiempo (día
a día) y el “clima” trata de los patrones principales de cambio a largo plazo,
de 12 meses o más. Esto último, señala la importancia de la selección
del sitio (latitud, temperatura promedia anual, patrones de precipitación,
etc.) y de la especie para cultivar, en hacer la planificación de un proyecto
nuevo y en programar el manejo de los cultivos.
El buen crecimiento de los
organismos acuáticos depende en gran parte en la calidad del agua del
cultivo. Múltiples factores pueden
interactuar (o raramente, actuar solos) para alterar las propiedades
físico-químicas del agua. Un cambio
repentino de la temperatura o de la concentración de oxígeno disuelto en el
agua (por ejemplo, durante el transporte de los alevines o de post-larvas de
camarón) puede resultar en una mortalidad masiva de los animales. Cambios menos drásticos pueden afectar la
capacidad de los organismos de resistir los patógenos que siempre están
presentes en el agua del cultivo.
Problemas crónicos con condiciones sub-óptimas resultarán en un ritmo
lento de crecimiento y una mayor tasa de mortalidad, tanto de los peces como de
los camarones cultivados.
Para lograr una buena producción, es necesario
mantener las condiciones ambientales del agua dentro de los límites de
tolerancia para la especie siendo cultivada. Se logrará una producción máxima
cuando todos los factores que influyen sobre el desarrollo del organismo se acercan
a su punto óptimo (con “condiciones óptimas”).
La decisión de emplear o no una práctica cultural en
el manejo de un cultivo debe ser tomada sobre una base de información
cuantitativa y confiable. El análisis periódico del agua, permite acumular datos
importantes que describen las condiciones actuales, y que pueden indicar los
futuros cambios en la calidad del agua del cultivo.
¡El agua es un líquido fascinante! Tiene propiedades
físico-químicas y características inusuales y bien estudiadas. Las propiedades
del agua de mayor interés en la acuacultura se relacionan con los cambios en su
temperatura y estado físico, los cuales ocurren según su contenido de
energía. Además, varias propiedades
químicas del agua tienen que ver con la concentración de gas en solución
(oxígeno y bióxido de carbono) y otros parámetros importantes en el manejo de
los cultivos. A continuación, se desarrolla una discusión breve sobre las
propiedades físico-químicas del agua y los parámetros de calidad de agua en el
contexto de la acuacultura:
1.
los estados físicos del agua y la energía
2.
la temperatura del agua
3.
el pH del agua
4.
la concentración de oxígeno disuelto en el agua
5.
la concentración del bióxido de carbono en el agua
6.
la concentración de amoníaco (amonio no ionizado)
7.
la alcalinidad y dureza del agua
8.
la salinidad del agua
1. Los estados físicos del agua y la energía
El agua tiene que absorber una gran cantidad de
energía para subir su temperatura. Los cambios del estado físico del agua
involucran grandes cantidades de energía transferidas.
Algunas propiedades físico-químicas y características
de la molécula de agua son:
Calor específico del agua = 1
g-cal/g/oC. El calor específico de una
sustancia es la cantidad de energía necesaria para cambiar su temperatura. El
agua tiene una gran capacidad de absorber y almacenar calor (= energía). Los
cambios en la temperatura del agua son lentos y los organismos acuáticos están
adaptados a vivir con temperaturas estables. El aire tiene un calor específico
mucho menor que el agua y su temperatura cambia en mayor grado y en menos
tiempo.
Máxima densidad del agua = 1
g/cm3 @ 4o C. La densidad
es la masa de una sustancia con relación a su volumen, normalmente expresada
como g/cm3. El agua es inusual porque alcanza su mayor densidad a
los 4º C, antes de congelarse o convertirse en sólido. Así, el hielo es menos
denso que el agua líquida y por eso el hielo flota. La densidad del agua varía
según su temperatura. A mayor temperatura las moléculas se mueven más y se
reduce su densidad. Agua con sal es más densa que el agua dulce.
Cuadro 3.1. La temperatura del
agua pura sin aire y su densidad.
|
Temperatura agua (ºC) |
Densidad (g/ml) |
|
0.00 |
0.99987 |
|
3.98 |
1.00000 |
|
5.00 |
0.99999 |
|
10.00 |
0.99973 |
|
15.00 |
0.99913 |
|
20.00 |
0.99823 |
|
25.00 |
0.99707 |
|
30.00 |
0.99567 |
|
35.00 |
0.99406 |
|
40.00 |
0.99224 |
|
100.00 |
0.95838 |
Calor latente de vaporización
del agua = 540 cal/g (a 100o C). El
calor latente de vaporización es la cantidad de energía necesaria, a
temperatura constante, para evaporizar una unidad de la sustancia. El agua
tiene un valor muy elevada debido a los múltiples enlaces de hidrógeno formados
entre las moléculas. Así el agua absorbe una enorme cantidad de energía
radiante del Sol, de la cual, una gran fracción es utilizada en el proceso de evaporación,
no en cambiar su temperatura. La energía sirve para romper los enlaces de
hidrógeno y convertir el líquido en vapor.
La salinidad del agua tiende a subir su punto de ebullición.
Calor latente de fusión = 80
cal/g (a 0o C). El calor latente de fusión es
la cantidad de energía absorbida por una sustancia en cambiar su estado físico
de sólido a líquido, a temperatura constante.
La salinidad y la presencia de partículas en suspensión o sustancias en
solución tienden a bajar el punto de congelación del agua. Por ejemplo, el agua de mar, conteniendo
35,000 g de sal/m3, forma hielo a –2o C.
El agua es considerada como
un “solvente universal”. La gran mayoría de las
sustancias químicas conocidas son solubles en el agua. El agua es uno de los pocos compuestos
inorgánicos que, a temperaturas ambientales normales, es un líquido. Toda la evidencia científica indica que la
vida en este mundo se originó en un medio acuoso. El agua es el mayor, o principal, componente
de nuestro cuerpo y de los cuerpos de todo ser vivo.
2. La temperatura del agua
Cuando se evalúa la
temperatura de alguna sustancia, se está midiendo la cantidad de energía que
contiene. Las sustancias más calientes contienen más energía. A enfriarse, la
sustancia pierde energía, lo cual es percibido, como bajar su temperatura. En
cuerpos naturales de agua los cambios de temperatura son graduales debido a
valor elevado del calor específico del agua.
Los peces y camarones son
considerados cómo organismos heterotérmicos o poiquilotérmicos[1] (=
de sangre fría). Ellos no pueden mantener una temperatura elevada y constante
en sus cuerpos. Así, la temperatura de sus cuerpos es una reflexión de la
temperatura del agua. La temperatura corporal de peces y camarones influye, en
gran parte, su tasa metabólica y ritmo de crecimiento. Además, son animales adaptados a medios que
sufren cambios graduales de temperatura. Los peces y camarones tropicales, o de
lugares cálidos, desarrollan mejor en agua con una temperatura entre 25-32o
C. En lugares con climas
tropicales o subtropicales, la temperatura del agua se mantiene dentro de este
rango durante todo, o durante la mayor parte, del año.
Debajo de 23o C su desarrollo es lento o
retardado debido a un descenso en su tasa metabólica. Cuando la temperatura del
agua sobrepasa los 32o C, los peces y camarones tendrán metabolismos
muy acelerados. Aunque su crecimiento puede ser muy rápido, el agua caliente no
tiene mucha capacidad de mantener oxígeno en solución, a pesar de que es un
momento cuando el pez o camarón requiere una gran cantidad de oxígeno para
sostener su tasa elevada de metabolismo.
El agua de un estanque se calienta durante las horas
del día al recibir energía radiante del sol. El calentamiento del agua ocurre
en su superficie. En días con mucha insolación (días calientes), el agua
superficial de los estanques puede alcanzar temperaturas encima de 35º C.
Normalmente las aguas más profundas del estanque no se calientan tanto. Treinta
y cinco grados centígrados son por encima del límite de tolerancia para muchas
especies acuáticas. Los peces y camarones pueden evitar las elevadas
temperaturas de la superficie por nadar en las aguas más profundas del
estanque.
En general, los peces y camarones no resisten cambios
bruscos en la temperatura del agua. Este hecho tiene especial importancia
durante el transporte o traslado de los animales. Al pasarlos de un recipiente a otro, una
diferencia de tan solo 5o C en el agua puede causar una tensión
fisiológica o “estrés” entre los organismos, o resultar en una mortalidad
parcial o masiva. Es necesario aclimatar
los peces y camarones, dándoles tiempo para adaptar a las nuevas condiciones
del agua. El efecto de un cambio brusco de temperatura es más notable cuando se
mueven animales de aguas frías a aguas más calientes.
3.
El oxígeno disuelto[2]
Los peces y camarones respiran el oxígeno molecular (O2)
disuelto en el agua. La concentración de
oxígeno en solución en el agua de un estanque puede ser considerada como el
parámetro variable más importante en la acuacultura. De muchas maneras, el nivel de oxígeno en
solución es el mejor indicador del estado general del cultivo acuícola. Es
importante saber la cantidad de oxígeno en solución en el agua del cultivo y
entender los múltiples factores y sus interacciones que determinan e influyen
en esta concentración.
Al subir la temperatura del agua, este líquido pierde,
poco a poco, su capacidad de mantener gas en solución. Entonces, es más
frecuente tener problemas con concentraciones insuficientes de oxígeno durante la
época más caliente del año cuando sube la temperatura del agua.
La solubilidad del oxígeno en el agua disminuye mientras baja la presión atmosférica. Es decir, a alturas mayores (sobre el nivel de mar) el agua puede mantener menores cantidades de gas en solución. El oxígeno se mantiene en solución en el agua debido a la presión atmosférica y la presión parcial de oxígeno como componente del aire. Con menos presión atmosférica, hay menos fuerza para mantener el gas en el agua.
Además, incrementos en la salinidad del agua
disminuyen su capacidad de tener gas en solución. Las moléculas de sal ocupan
lugares en el agua donde pueden estar presentes las moléculas de oxígeno. Como
consecuencia, el agua de mar tiene una menor capacidad de mantener un gas en solución
que el agua dulce.
Para resumir los puntos importantes, los problemas con
niveles bajos de oxígeno en el agua se presentan más frecuentemente durante la
época más caliente del año, a mayores elevaciones, y con una mayor cantidad de
sal en el agua. Todos estos factores influyen en la solubilidad de oxígeno en
el agua.
La fotosíntesis resulta en la producción de oxígeno
molecular (Reacción A). La respiración (Reacción B) resulta en el consumo de
oxígeno molecular durante el metabolismo de los carbohidratos, y en la
producción de bióxido de carbono.
A) 12H2O + 6CO2 C6H12O6
+ 602 + 6H2O
B) C6H12O6
+ 602 + 6H2O
12H2O + 6CO2 + energía
Cuadro 3.2. Solubilidad del oxígeno molecular en agua a diferente
temperatura.
|
ºC |
ppm |
ºC |
ppm |
ºC |
ppm |
ºC |
ppm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
14.16 |
11 |
10.67 |
22 |
8.53 |
33 |
7.22 |
|
1 |
13.77 |
12 |
10.43 |
23 |
8.38 |
34 |
7.13 |
|
2 |
13.40 |
13 |
10.20 |
24 |
8.25 |
35 |
7.04 |
|
3 |
13.05 |
14 |
9.98 |
25 |
8.11 |
|
|
|
4 |
12.70 |
15 |
9.76 |
26 |
7.99 |
|
|
|
5 |
12.37 |
16 |
9.56 |
27 |
7.86 |
|
|
|
6 |
12.06 |
17 |
9.37 |
28 |
7.75 |
|
|
|
7 |
11.76 |
18 |
9.18 |
29 |
7.64 |
|
|
|
8 |
11.47 |
19 |
9.01 |
30 |
7.53 |
|
|
|
9 |
11.19 |
20 |
8.84 |
31 |
7.42 |
|
|
|
10 |
10.92 |
21 |
8.68 |
32 |
7.32 |
|
|
Dos procesos de
fundamental importancia para poder entender las fluctuaciones en la
concentración de oxígeno en el agua son la fotosíntesis (Fs) y la respiración.
La fotosíntesis es la reacción A, con los productos de carbohidrato y gas
oxígeno. En fotosíntesis, la planta utiliza la energía de la luz solar para
fabricar carbohidratos nuevos.
Fotosíntesis. El proceso de fotosíntesis, realizado por las algas y
otras plantas en el mundo, produce o suple oxígeno molecular al agua y a la
atmósfera de la Tierra. El aire de la tierra contiene mayormente gas nitrógeno
(N2) y en menor concentración el gas oxígeno (O2). El
oxígeno molecular presente en la atmósfera es producto de la actividad
fotosintética de las plantas verdes, tanto las especies terrestres como las
acuáticas, incluyendo una gran contribución de las algas.
Todos los organismos
aeróbicos, los que requieren el oxígeno molecular en sus procesos metabólicos,
utilizan el oxígeno en forma continua durante todas sus vidas. Entre los organismos aeróbicos están los
animales, las plantas verdes, y muchos tipos de microorganismos.
La fotosíntesis resulta en la producción de oxígeno
molecular. Además, las plantas verdes consumen bióxido de carbono en el proceso
para auto-sintetizar sus propios “alimentos” en la forma de los carbohidratos.
La producción de oxígeno molecular por la actividad fotosintética de algas es
la principal fuente de oxígeno en cuerpos de agua estática usados en la
acuacultura.
Las algas son importantes alimentos naturales para los
peces en cuerpos de aguas fértiles.
Difusión. Otro proceso
que contribuye oxígeno al agua es la difusión[3].
El aire siempre contiene una mayor concentración de oxígeno que el agua. Por
ejemplo, a saturación a 10o C, el agua contiene 11 mg de
oxígeno/litro, mientras en el aire habrán aproximadamente unos 260 mg/litro.
Entonces, casi siempre existe un gradiente de concentraciones favoreciendo la
difusión de moléculas de oxígeno a pasar desde el aire al agua.
El proceso de difusión puede suplir O2 al
estanque en cualquier momento del día mientras fotosíntesis contribuye oxígeno
solamente durante las horas de luz. Durante las horas de la tarde en días con
mucha insolación solar, el agua fértil de un estanque puede llegar y sobrepasar
a su capacidad máxima de aguantar oxígeno en solución (= punto de saturación).
Por ratos, el agua puede estar supersaturada con un gas (contener más gas de lo
que puede aguantar). Bajo condiciones de
supersaturación, existirá un gradiente favoreciendo la difusión de O2
desde el agua del estanque a la atmósfera. Esta es una condición normal en las
horas de la tarde del día y en cuerpos de agua fértil conteniendo una gran
cantidad de algas (“agua verde”).
El proceso de difusión es limitado por la alta
densidad del agua y el movimiento lento de las moléculas de oxígeno a través
del medio acuoso. La difusión de oxígeno ocurre únicamente donde el agua y el
aire están en contacto. En un cuerpo de agua estática, solamente el agua
superficial recibe oxígeno por difusión. Muchas veces el efecto neto de la
difusión es mínimo. Cualquier factor o proceso que aumente el área y tiempo de
contacto entre el agua y el aire, incrementará la transferencia de O2
por el proceso de difusión.
El viento y el oleaje ayudan a remover y revolver la
capa superficial de agua en contacto con el aire y promueven una circulación
del agua del estanque y una mejor oxigenación por difusión. Por eso, no es
aconsejable sembrar árboles alrededor de los estanques que actuarán como un
rompe-viento. El viento es un aliado del acuicultor. Ahora, un viento y oleaje
demasiado fuertes harán daño a la estructura física de los estanques (erosión
de los diques).
Los varios modelos y tipos de aireadores utilizados en
la acuacultura funcionan a base de estos principios. Algunos diseños
incrementan la difusión por un proceso donde el agua es bombeada o tirada al
aire. Si la máquina logra separar el agua en gotas diminutas y las tire con
gran fuerza, habrá un buen intercambio de O2 al pasar por el aire y
caerse de nuevo en el estanque. Otros
modelos funcionan comprimiendo el aire y forzándolo por un sistema de tubos
perforados y sumergidos. El aire sale por las perforaciones y sube a la
superficie, cediendo O2 al agua en el camino.
La fotosíntesis representa el proceso natural de mayor
importancia en introducir oxígeno al agua de un estanque dedicado al cultivo de
peces o camarones. Esta introducción de
oxígeno es únicamente durante las horas de luz de cada día. En las horas de la
tarde es cuando se encuentran los niveles más elevados de oxígeno disuelto en
el agua.
En la noche, tanto las algas como todos los animales
habitantes del estanque utilizan el oxígeno en procesos de respiración. A
partir de la anochecer, la concentración del oxígeno en el agua desciende hasta
que se levanta el Sol en la mañana siguiente y comienza de nuevo el proceso de
Fs.
En resumen, la actividad fotosintética incrementa la
concentración de oxígeno en el agua durante las horas de luz. La cantidad de O2 que
contribuye depende en la fertilidad del agua, la intensidad y duración de la
radiación solar, y en la composición (tipos y cantidades) de las algas formando
la comunidad del fitoplancton. Normalmente se observa la mayor concentración de
oxígeno disuelto en las horas de la tarde y en las aguas superficiales del
estanque. Es en esta capa superficial de agua, donde reside la mayor parte del
fitoplancton del estanque.
Los patrones de precipitación en Centro América son
estacionales. Las lluvias torrenciales, las cuales son comunes en esta región
del mundo, provocan una fuerte erosión de los suelos. El suelo erosionado es
transportado en las aguas superficiales por escorrentía sobre los terrenos. La
entrada de aguas con arcilla, y otras partículas del suelo en suspensión, en un
proyecto acuícola resulta en aguas turbias, en la cual no habrá una adecuada
penetración de la luz solar para promover el proceso de fotosíntesis.
También en la época lluviosa del año, la intensidad de
la luz solar se reduce debido a la alta nubosidad del cielo. Bajo estas
condiciones, la producción de oxígeno durante el día será reducida, y las
fluctuaciones normales en los niveles de oxígeno en el agua cambiarán.
Observando bien su
comportamiento, la tilapia y otras especies de peces y crustáceos, indican
cuando el nivel de oxígeno en el agua es deficiente o crítico. Típicamente, en
las horas de la mañana, los peces aparecen en la superficie del agua con la
parte superior de su cabeza y bocas expuestas al aire. Los peces están
“boqueando” (“piping” en inglés), o sea, tragando un poco de aire con el agua
superficial del estanque.
De nuevo, el agua de la superficie gana oxígeno por
difusión y en momentos de déficit, es la capa con la mayor concentración. Los
camarones penéidos también nadan en la superficie para intentar respirar el
oxígeno atmosférico cuando no hallan suficiente en el agua del estanque.
Adultos de Macrobrachium rosenbergii (el camarón de río, o de agua dulce)
intentan de salir del estanque, saltando desde el agua a la grama en la orilla
de los estanques, en momentos cuando no encuentran oxígeno suficiente en
solución para su respiración.
Figura 3.1. Patrones para la
fluctuación diaria de la concentración de oxígeno disuelto en el agua (ppm) con
una baja, mediana, o alta floración del fitoplancton.
Recomendaciones
para el manejo del oxígeno disuelto:
- Intente establecer y mantener una floración de algas en el agua del
estanque de cada cultivo. El fitoplancton provee oxígeno y sirve de
alimento natural en la nutrición del cultivo de peces y camarones.
- Hay que evitar una floración muy fuerte de algas en el agua del
cultivo. El agua debe tener una
coloración verdosa. Se puede sacar un poco de agua en una botella de
vidrio transparente y su color verde debe ser obvio. Ciertos tipos de
algas no son verdes, sino de color café o café-dorados. La turbiedad
debido a la arcilla en suspensión es indeseable en la acuacultura. Con la
experiencia, se aprende a diferenciar entre la turbiedad buena de algas, y
la mala debido a arcilla.
Un objeto bajado en la
columna de agua debe desaparecer a una profundidad de unos 30 cm cuando existe
una adecuada floración del fitoplancton.
Agua muy transparente (con una visibilidad >50 cm) indica poca
fertilidad, y pocas algas en el agua. Cuando el objeto bajado desaparece muy
cerca de la superficie (una visibilidad de <15 cm), indica una exagerada
fertilidad y una altísima densidad de algas en el agua. Es malo permitir el desarrollo
de una película de algas en la superficie del estanque.
Una acumulación de algas como
una película, representa una situación inestable y peligrosa para el
cultivo. La película de algas reduce la
penetración de luz en el agua e interfiere con el proceso normal de
fotosíntesis. Puede bloquear tanta luz
que se mueren las algas por debajo de la superficie resultando en una repentina
y drástica reducción del oxígeno disponible para los peces o camarones.
3.
Evita
la introducción de agua con mucha arcilla en suspensión al estanque. La arcilla
reduce la penetración de luz y limita el proceso de Fs.
- Esté preparado para cualquier emergencia con respecto al oxígeno
disuelto. En caso de detectar niveles críticos, se puede renovar el agua
del estanque dejando entrar agua con una alta concentración de oxígeno.
- El diseño del sistema de drenaje debe permitir que el agua del
fondo sale primero del estanque. El agua del fondo contiene menos oxígeno
que el agua superficial, y una mayor concentración de amoniaco y otros
desechos del metabolismo de los peces y camarones.
- Los momentos más críticos en manejar los niveles de oxígeno en los estanques es en la madrugada de cad