Environmental Modelling & Software 17 (2002), 583-592 Modelo de dinámicas de materia orgánica y nitrógeno para el análisis ecológico de sistemas integrados acuicultura/agricultura: I. Desarrollo del Modelo y Calibración Jamu y Piedrahita. Environmental Modelling & Software 17 (2002), 583-592

Resumen Marco Teórico Exposición del Modelo Conclusiones y Mejoras

A. Marco Teórico Flujo de Energía, Cadenas Tróficas Ciclos de materia (N) Producción Depredación (humana): Explotación de poblaciones animales y vegetales

Difusión, Respiración, Desnitrificación Ciclo del N N2 Atmosférico Fijación Bacteriana Sedimentos Difusión, Respiración, Desnitrificación Desnitrificación NO3– y NH4+ (suelo) Muerte y descomposición Amonificación, etc. Restos Estanque Cosecha

Producción y Explotación Factores limitantes: PP terrestre: CO2, Radiación, Precipitación, T, Nutrientes, ISF,... PP acuática: luz, nutrientes Un exceso de nutrientes provocaría una mayor turbidez del agua (más fitoplancton) y, a la larga, una disminución de la producción. Aquí no hay este problema. Explotación Humana Explotación sostenible de los recursos Contaminación con productos usados para mejorar el rendimiento de la explotación

IAAS Los sistemas integrados de agricultura/agricultura (IAAS) son un método sostenible de producción Los deshechos de un componente del sistema se reciclan como entradas para otro componente Por esto, IAAS se pueden usar para: Tratar salidas (deshechos) de la acuicultura Incrementar la producción Reducir la pérdida de nutrientes del sistema

IAAS ¿Por qué desarrollar un modelo para un IAAS? Para IAAS no resulta factible realizar experimentos de campo Límites en los modelos existentes de sistemas integrados Carencia de propiedades dinámicas Exclusión de componentes importantes del sistema Limitan su extensibilidad y utilidad en el análisis ecológico

B. Exposición del Modelo Visión general del modelo Componentes y Procesos del módulo agrícola Submódulo cosecha terrestre Submódulo suelo terrestre Componentes y Procesos del módulo acuícola Crecimiento de los peces Población de peces Toma de alimento y preferencia Calidad del alimento Biomasa del fitoplancton Calidad del agua Dinámicas del la materia orgánica y el nitrógeno sedimentados en el estanque Calibración del modelo

1. Visión general del modelo Nitrógeno: Nutriente limitante Materia orgánica Conexión entre los sistemas agrícola y acuícola Papel central en el reciclado de nutrientes

1. Visión general del modelo Salidas Reclutamiento Siega Fertilizante Nutrientes Cosecha Entradas Nutrientes y agua Agua del estanque de acuicultura Nutr. Irrigación Fertilizante Difusión Resedimentación Resuspensión Suelo Pérdida por infiltración Sedimento Sedimentos del estanque de acuicultura

2. Componentes y Procesos del Módulo Agricultura Simula: Crecimiento de biomasa de la cosecha [Mat. Org.] y [N] en el suelo Pérdida de agua por parte del suelo (evapotranspiración) Dos submódulos principales: Suelo Cosecha

Disponibilidad de agua en el suelo 2.1 Submódulo Cosecha La tasa de crecimiento de la biomasa de la cosecha (Zea Mays) depende de: Disponibilidad de agua en el suelo Temperatura del aire Radiación solar [N] en el suelo

2.2. Submódulo Suelo Simula: [Mat. Org.] y [N] del suelo Balance de agua en el suelo

2.2. Submódulo Suelo Materia Orgánica y Nitrógeno No todos los componentes de la materia orgánica se descomponen a la misma velocidad

2.2. Submódulo Suelo Balance de agua en el suelo: Tasa de evapotranspiración Tipo de suelo Arcilla Marga Contenido hídrico La pérdida por infiltración no se tiene en cuenta. Se mide la irrigación mediante un programa de frecuencia fija, y se calcula como la evapotranspiración entre cada irrigación.

3. Componentes y Procesos del Módulo Acuicultura Dos submódulos: Agua del estanque de acuicultura Sedimentos del estanque de acuicultura Crecimiento y Población de Peces Calidad de los nutrientes Biomasa de Fitoplancton Calidad del agua Materia Orgánica Sedimentada Nitrógeno Sedimentado

3.1. Crecimiento de los Peces Se simula el crecimiento individual usando un modelo de bioenergética de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus); Bolte et al. 1994. Modificaciones: Calidad de los nutrientes Preferencia de alimento y digestibilidad Factor para diferencias genéticas con otras especies

* Cría de los Peces

3.2. Población de Peces La recolección se hace al final del periodo productivo Población, nacimientos y recolección son iguales a 0 durante el periodo de producción No se simula la estructura de edades de la población. Los efectos de las recolecciones en la K se incluyen implícitamente en el modelo bioenergético de crecimiento de los peces

3.2. Población de Peces Mortalidad Alta [NH3] no ionizado Bajas DO Depredación Pobre manejo durante el muestreo Enfermedad = Tasa de mortalidad (d–1) Pa = Población permisible por la dirección (Peces · ha–1) * P = Población de peces en el tiempo t * Pa se calibra basándose en los datos de supervivencia de la primera recolección

3.2. Población de Peces

3.3. Toma de alimento y preferencia Herbívoros en condiciones naturales: Fitoplancton > Detritos > Alim. Suministrado Pero esto puede verse modificado por: Calidad del alimento Fisiología de los peces Comportamiento de aprendizaje

3.3. Toma de alimento y preferencia Tasa de toma de alimento: ri = Tasa de toma de i (g · d–1) R = Tasa total de consumo (g · d–1) Ksi = Cte saturación media; ci = [i] (mg · L–1) Si no pueden tomar sus necesidades diarias sólo a partir de fitoplancton, tomarán detritos y comida artificial Coeficientes y Factores de consumo de alimento

3.3. Toma de alimento y preferencia Coeficientes de consumo de alimento Factores de consumo de alimento: Tasas de consumo de alimento:

3.4. Calidad del alimento Relación N/C N >>> C Costes metabólicos por degradación de compuestos de N N >>> C Dieta pobre en proteínas o inadecuada N <<< C Al fertilizar se desestima la primera suposición, ya que no es frecuente

3.5. Biomasa de Fitoplancton

3.6. Calidad del Agua Cantidad de Materia Orgánica Oxígeno disuelto (DO) (limitante) Nitrógeno en forma de NH3 total (tóxico a altos niveles)

3.6. Calidad del Agua Materia Orgánica No todos los componentes de la materia orgánica se descomponen a la misma velocidad La descomposición está influida por la temperatura

Oxidación de NH3 (nitrificación), CH4 y H2S 3.6. Calidad del Agua Oxígeno Disuelto (DO): Bacterias Oxidación de NH3 (nitrificación), CH4 y H2S

3.6. Calidad del Agua NH3 total sedimentado

3.7. Dinámicas de Materia Orgánica y el N sedimentados Procesos: Materia Orgánica: Descomposición Hasta 1 mm Capa aeróbica, oxígeno dinámico Zona anaerobia, descomposición más lenta > 1 mm N: Adsorción de NH3 al sedimento Sedimento mineral Carencia de información en su aporte, aunque en él se producen también procesos de difusión, infiltración, desnitrificación y adsorción de NH3

4. Calibración del Modelo Sólo se calibró el módulo de acuicultura Procedimiento: Poner en marcha el modelo con datos observados Comparar las salidas del modelo con las observadas Retocar el modelo hasta conseguir el ajuste

4. Calibración del Modelo Se calibró primeramente cada submódulo individualmente Datos proporcionados por el PD/A CRSP, obtenidos de 7 lugares del mundo Finalmente se eligieron los datos de la Rwasave Fish Culture Station, Butare, Rwanda 2,4º S y 29,45º E; 1.625 m de altitud Clima tropical húmedo, humedad mensual 59-83% Agua del estanque a pH 6,5-7,0 Alcalinidad: 17 mg · L–1 como CaCO3 Suelos acídicos (pH = 4,5-4,8), etc. Se eligieron estos datos porque eran los únicos en los que se habían usado los restos de plantas como fertilizantes para el estanque

C. Conclusiones y Mejoras La integración de agricultura y acuicultura es interesante para ecólogos, agricultores y acuicultores por: Producción sostenible Mitigación de impactos medioambientales Fertilizantes de plantas Sedimentos del estanque Sólo podemos obtener estos beneficios conociendo las interacciones entre los modelos, procesos y mecanismos que controlan el funcionamiento del sistema integrado Inclusión de los sedimentos en los cálculos: Papel en la calidad del agua del estanque Papel en el reciclaje para acuicultura

*Importancia Económica de la Tilapia Principales acuicultores de tilapia (1998) Principales exportadores a los EE UU (1998)

*Importancia Económica de la Tilapia

*Importancia Económica de la Tilapia

* Páginas web de interés http://pdacrsp.oregonstate.edu Pond Dynamics/Aquaculture Collaborative Research Support Program (PD/A CRSP) http://biosys.bre.orst.edu/pond/pond.htm Modelo Pond

* Páginas web de interés www.cichlidae.info/default-es.html Artículos de cría de diferentes especies de peces. En español www.fao.org/fi/alcom/asd.html Base de datos de distribución de especies acuáticas para cría www.ag.augburn.edu/icaae/reprobiology.htm Water Harvest and Aquaculture for Rural Development. Muchas referencias al ciclo de vida y comportamientos de la Oreochromis niloticus www.fishbase.org/manual/fishbasewinmap_as_public_domain... Programa para buscar la localización geográfica de algo, y su aplicación en el caso de los peces para cría www.new-agri.co.uk/98-5/focuson/focuson6.html Integración Agricultura-Acuicultura www.orleans.ird.fr/  pechedcndiag-rang-frec.htm Rango de frecuencias de distintas especies de peces a lo largo de la campaña de pesca www.icelandic.com/ss-tilapia-cfm Sobre la tilapia. Aristóteles (300 a.C.) le dio su nombre a la tilapia, que significa “pez del Nilo” www.cmaquarium.org/tilapic.htm www.prompex.gob.pe/prompex/Inf_Sectorial/Pesca/Perfil_Tilapia/Tilapia.htm Importancia económica de la tilapia en el mundo. Gráficas. En español

Circulación de Nutrientes Productores (Fitoplancton) Cons 1º (Peces) Mat. Org. Muerta Cosecha terrestre Descomponedores (Sedimento) Materia Orgánica