Jamu y Piedrahita. Environmental Modelling & Software 17 (2002), 583-592

1. 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

2. Resumen • Marco Teórico • Exposición del Modelo • Conclusiones y Mejoras

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

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

5. Producción y Explotación • Producción • 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

6. 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

7. 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

8. 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

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

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

11. 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

12. 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

13. 2.2. Submódulo Suelo Simula: • [Mat. Org.] y [N] del suelo • Balance de agua en el suelo

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

15. 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.

16. Dos submódulos: Materia Orgánica Sedimentada Nitrógeno Sedimentado 3. Componentes y Procesos del Módulo Acuicultura 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

17. 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

18. * Cría de los Peces

19. 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

20. 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

21. 3.2. Población de Peces

22. 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

23. 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

24. 3.3. Toma de alimento y preferencia Coeficientes de consumo de alimento Factores de consumo de alimento: Tasas de consumo de alimento:

25. 3.4. Calidad del alimento Relación 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

26. 3.5. Biomasa de Fitoplancton

27. 3.6. Calidad del Agua • Cantidad de Materia Orgánica • Oxígeno disuelto (DO) (limitante) • Nitrógeno en forma de NH3 total (tóxico a altos niveles)

28. 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

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

30. 3.6. Calidad del Agua NH3 total sedimentado

31. 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

32. Retocar el modelo hasta conseguir el ajuste 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

33. 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

34. 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

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

36. *Importancia Económica de la Tilapia

37. *Importancia Económica de la Tilapia

38. * 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

39. * 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

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