Calidad del Agua

Calidad del Agua Introducción Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Calidad del Agua • Un patólogo acuícola debe tener un entendimiento básico del ambiente acuático y sus procesos para entender muchas de las causas subyacentes de las enfermedades de animales acuáticos. • Esta comprensión es esencial en el diagnóstico de enfermedades y su relación con la calidad del agua. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Calidad del Agua • El factor biológico más limitante en acuicultura es la calidad del agua en la cual los animales son manejados. • (1) Los peces responden fisiológicamente más rápidamente y en consonancia con el ambiente que otras especies de animales terrestres. • (2) La acuicultura exitosa depende de la buena calidad del agua. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Definición • Calidad del agua- incluye todas las características físicas, químicas y biológicas, así como los procesos en el agua. • Buena calidad de agua es necesaria para el éxito en: (a) El desove, incubación y cría; (b) Alimentación y relación de eficiencia alimenticia; (c) Desarrollo del sistema inmune de animales acuáticos. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Los animales acuáticos son poikilotermos, fisiológicamente regulados por el ambiente que habitan; • El medio acuático puede estar en un continuo estado de cambios de flujo - por ejemplo, O2, CO2, pH, temperatura- tanto temporal como espacialmente. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Si el hábitat cambia gradualmente, los animales acuáticos se pueden adaptar a esos cambios. (<) cambios lentos - adaptación (>) cambios rápidos – estrés fisiológico adaptar morir Resistencia e inmunidad reducidas Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Ambiente Patógenos Pez Ambiente Pez Patógenos Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Factores que Afectan la Calidad del Agua 1. Posición del sitio: suelos, hidrología – aguas superficiales, aguas subterráneas; 2. Clima/Condiciones del Tiempo 3. Manejo a. densidad poblacional b. alimentos y tasa de alimentación Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Las aguas naturales contienen gases, iones inorgánicos y sustancias orgánicas en la solución (disueltas) y sustancias en partículas (inorgánica, orgánica, viva, muerta) en suspensión; • Distinción de la materia disuelta y materia en partículas: De manera arbitraria, en base a las condiciones del tiempo o no, una sustancia es eliminada por filtración (filtro de 0.5-1.0μ); • Gases- N2, O2, CO2- más abundantes NH3, H2S y CH4, pueden alcanzar concentraciones significativas bajo ciertas condiciones. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Variables de Calidad de Agua Conservativas vs. No-Conservativas • Conservativos- Parámetros de calidad del agua que no se ven afectados de manera significativa por la actividad de los organismos, por ejemplo, la temperatura, la salinidad, alcalinidad, dureza, fósforo. • No Conservativos - Parámetros de calidad del agua que se alteran de manera significativa por la actividad biológica, por ejemplo, el oxígeno disuelto, amoníaco, nitritos, nitratos, pH, el dióxido de carbono (parámetros con los cuales los patólogos y los inspectores acuícolas tienen que ver). Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Factores de calidad del agua que afectan a la salud de peces como resultado de la actividad biológica / gestión •oxígeno disuelto •contenido de cloro •Amoníaco •Nitrito •Nitrato •pH •dióxido de carbono •temperatura Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Los solutos inorgánicos - más abundantes -Ca, Mg, Na, K, HCO3, CO3, Cl, SO4, sílice menos abundantes - NO3, NO2, PO4, Fe, Mn, Zn, Cu; • Sustancias orgánicas disueltas – sintetizadas por la biota de los estanques o de la fuente de agua. Aminoácidos, proteínas, azúcares, ácidos grasos, lípidos, vitaminas, ácido tánico,etc. • Materia orgánica particulada - bacterias, fitoplancton, zooplancton, detritus; • La materia inorgánica de partículas - las partículas de suelo finas en suspensión (arcilla), arena, limo Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Cloro • Agente oxidante y desinfectante; • Los animales acuáticos pueden verse expuestos a cloro del sistema municipal de suministro de agua que ha sido desclorada de manera incompleta; • Los compuestos de cloro son tóxicos para los animales acuáticos; • Cl2 y HOCl reaccionan fácilmente con amoníaco para formar cloraminas. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez TEMPERATURA DEL AGUA Variable individual más importante que afecta la producción acuícola La temperatura del agua afecta todos los procesos químicos y biológicos. Determina • • • • Qué especies pueden ser explotadas; Potencial de crecimiento y salud de estas especies; Productividad natural de ecosistemas acuáticos; Concentración de todas las demás variables de la calidad del agua – directa o indirectamente. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Importancia de la Temperatura del Agua • Efectos directos de la temperatura del agua sobre los animales acuáticos - límites superior e inferior letales (valores críticos de la incidencia de enfermedades/estrés); - rango “óptimo” para crecimiento y salud; - temperaturas críticas afectadas por 1. Aclimación- Supervivencia en valores cercanos a los valores críticos de temperatura máxima o mínima – dependiendo de la tasa de cambios de temperatura y de la temperatura de aclimatación. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Cambio rápido de la temperatura no permite tiempo suficiente para la adaptación fisiológica (no más de aproximadamente 2 °C / día); • Cambios muy rápidos de temperatura (> de aproximadamente 0.5 ºC / min para cambios > 5 ° C) provocan choque térmico y posiblemente la muerte. Las temperaturas letales superiores e inferiores también dependen de la temperatura a la que los animales se aclimataron inicialmente. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Efectos de la temperatura sobre la calidad de agua Problemas de osmoregulación resultan del estrés térmico. La salinidad y la concentración ambiental de calcio son importantes moduladores de la tolerancia térmica, por ejemplo, la temperatura letal mínima de algunos peces puede ser bajada en más de 5°C cuando se incrementa la concentración de calcio de < 10 to > 100 mg/litro. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Efectos de la temperatura sobre la Reproducción • Cambios estacionales en la temperatura a menudo ejercen un control primario sobre los ciclos reproductivos; • Por ejemplo, varias semanas de temperaturas del agua por debajo de 15°C son requeridos para la gametogénesis en el bagre de canal. ¿Cómo afecta la temperatura la reproducción en Tilapia????? Desarrollo oval y larval Los límites críticos para la supervivencia y el crecimiento de huevos/larvas son más estrechas en animales jóvenes que en adultos. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Efectos de la Temperatura del Agua en Animales Acuáticos  La temperatura del agua afecta directa o indirectamente la dinámica de todas las variables de calidad del agua;  Directa - tasa de reacción química, equilibrio constante, solubilidad de productos, comportamiento del gas y otros procesos fisicoquímicos;  Indirecta (Biológica) a. Oxígeno disuelto. Solubilidad, consumo; b. Amoníaco. Equilibrio constante, respiración (valores más altos de NH3 generados en tempetaturas más cálidas); c. Gases totales disueltos. Enfermedad de las burbujas de gas. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Temperatura del Agua y Enfermedades Infecciosas • La relación entre la temperatura del agua y epizootías de animales acuáticos es compleja porque la temperatura afecta tanto al hospedero como al patógeno. a. Temperatura y función inmunológica. El sistema inmunológico de animales acuáticos funciona más efectivamente a temperaturas que se corresponden con el rango para la mejor tasa de crecimiento. Cambios rápidos de temperatura pueden deteriorar la función inmune, aún cuando esos cambios ocurren dentro del rango óptimo. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez b. Temperatura y virulencia del patógeno. Cada patógeno tiene un rango óptimo de temperatura para su crecimiento (o multiplicación) y virulencia. c. Temperatura y otros factores ambientales. La temperatura del agua puede estar indirectamente relacionada con los brotes de enfermedades mediante los efectos sobre otras variables de calidad del agua, p. ej. DO (oxígeno disuelto). d. Temperatura y tratamiento de enfermedades. i. Terapia con alimento medicado. El suministro oral de antibióticos incorporados en el alimento es inefectivo si las temperaturas están fuera del rango óptimo. ii. Quimioterapéuticos fitotóxicos. CUSO4, KMNO4 y formol son usados comúnmente para el tratamiento de infestaciones de los peces con parásitos externos, pero son también fitotóxicos. Esto suprime el DO, estresando consecuentemente a los peces y comprometiendo la competencia inmunológica. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Oxígeno Disuelto (DO) • Agua – pequeños montos de oxígeno disponibles para la respiración; 20 a 40 veces menos oxígeno por volumen que el aire (7-14 mg/L vs 210 mg/L); • El contenido de oxígeno en el agua puede variar grandemente porque el oxígeno es un gas poco soluble en el agua; • El contenido de oxígeno en ambientes acuáticos varía mucho más que en el aire; • El metabolismo aeróbico de comunidades biológicas altera en gran medida la concentración de oxígeno en el agua; • Los animales acuáticos no consumen alimento o crecen bien y son susceptibles a enfermedades infeccciosas cuando son expuestos continuamente a niveles bajos de DO (< 25 % del nivel de saturación). Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez A. Oxígeno Disuelto (DO) en Aguas Naturales 1. Aguas subterráneas – La mayoría de aguas subterráneas contienen poco o ningún DO debido a la respiración aeróbica por "organismos" en zona de recarga ya que el agua se mueve a través del suelo; Algunas aguas subterráneas de los acuíferos con grandes juntas o fisuras pueden contener DO debido al rápido movimiento del agua a través de las áreas de recarga. 2. Aguas superficiales DO usualmente está cerca del nivel de saturación en aguas “no contaminadas”. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez B. Oxígeno Disuelto (DO) en Estanques Acuícolas 1. Balance de oxígeno disuelto en estanques Fuentes Cuerpo de Agua Difusión Difusión Fotosíntesis Respiración Intercambio de Agua Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez a. Difusión El agua es saturada con DO cuando hay un equilibrio con el oxígeno en la atmósfera; La saturación de DO es influida por la temperatura del agua, la presión barométrica y la salinidad.  Difusión - ganancia neta en la noche (1-5 % del total del balance de oxígeno); - pérdida neta durante el día (1-5 % del total del balance de oxígeno). La Difusión es un proceso lento, el intercambio de oxígeno es incrementado por turbulencias y circulación de agua. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez b. Fotosíntesis (Fs) Fs es una fuente mayor de DO en estanques para peces (85-95 % del total del balance de oxígeno); Fs ∞ la biomasa de plantas y a la intensidad de la luz sobre el punto de autosombreado; Fs ocurre más rápidamente en la superficie donde la luminosidad es mayor; Fs es limitada por las condiciones del tiempo nubosas o por la turbidez cuyo origen no son las algas Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez c. Respiración (R) Todos los organismos en el agua (plancton, peces y crustáceos) y el barro utilizan continuamente oxígeno en la respiración; R ∞ biomasa y temperatura del agua Respiración del Plancton – 50-80 % de la pérdida de oxígeno (tanto como 0.5 mg/L/h en agua cálida) (noche/días nublados); Respiración de Peces/camarones – 15- 40 % de la pérdida de oxígeno (0.1 to 0.3 mg/L/h. d. Intercambio de Agua. Generalmente es una fuente menor, pero puede mantener a los peces vivos en caso de emergencia. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez La Amplitud y la Magnitud de los cambios en el DO son influidas por: • Densidad del plancton; • Mezcla de Viento- aguas mezcladas por viento/lluvia; • Temperatura- bajo DO en aguas cálidas; • Condiciones del tiempo nubladas- luz reducida por Fs; • Turbidez no producida por algas- luminosidad restringida. Biomasa de peces limita al fitoplancton y a la Fs; • La mortandad súbita del fitoplancton provoca la caída del DO. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez 3. El tiempo nocturno disminuye el Oxígeno Disuelto  En estanques semi-intensivos/intensivos la respiración combinada del plancton, peces o crustáceos, y organismos en el lodo provoca que el DO a menudo baje a niveles peligrosos en la noche;  La tasa de respiración varía de estanque a estanque.  Manejo del DO – la identificación temprana de los estanques que requieren aireación suplementaria. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez 4. Intensidad de Explotación y DO • Altas tasas de fertilización/suministros de alimento incrementan la abundancia del fitoplancton y los cambios en el DO se vuelven más extremos tanto temporal como espacialmente; • Altas tasas de nutrientes resultan en comunidades de fitoplancton de baja diversidad, floraciones de algas verde-azules (cianobacterias). La baja diversidad resulta frecuentemente en mortandad masiva del fitoplancton; • Deficiencias de DO ocurren con certeza en estanques con aguas estancadas cuando las tasas de alimentación exceden 30-40 kg/acre (12.1-16.1 kg/ha) por día. La aereación o el intercambio de agua son requeridos para mantener los niveles satisfactorios de DO. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez D. Requerimientos de Oxígeno de Animales Acuáticos • La baja disponibilidad de DO limita la tasa metabólica de animales acuáticos; • Las tasas de absorción de oxígeno máximas sostenidas son de 10 a 100 veces menores que los mamíferos de tamaño similar; • Las tasas de consumo de oxígeno (OC) varían con la temperatura del agua, concentración de oxígeno disuelto, el tamaño de la actividad y de la tasa de alimentación de los peces, etc.; • Las tasas de OC se incrementan con la actividad y pueden ser 2X cuando los animales se ven forzados a nadar contra corrientes modestas; • La demanda de energía metabolizable para la digestión puede causar que las tasas de consumo de oxígeno se dupliquen 1-6 horas después de que los peces se alimenten. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • 1. Respuestas a la hipoxia La demanda de O2 es cubierta incrementando tanto la tasa de ventilación como el volumen de agua respirada; Los peces compensan el bajo DO mediante una serie de cambios conductuales y fisiológicos; El volumen de ventilación se incrementa y los peces minimizan las actividades extrañas; “El boqueo” en la superficie es exhibido cuando el pez trata de utilizar el O2 en la capa superficial. El pez puede vivir por un corto tiempo porque la demanda de energía metabolizable es suministrada en parte por la glicólisis o el metabolismo anaeróbico (disminuye el pH sanguíneo y disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O2). Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Factores que complican la hipoxia ambiental • • • • • El consumo de alimento reciente y la actividad forzada elevarán los niveles letales de DO; NO ALIMENTE cuando el DO <3 a 4 mg / L (alimente preferiblemente cuando DO > 5 mg / L); Ciertas enfermedades infecciosas en el epitelio branquial perjudicarán la difusión de O2 a través de las superficies branquiales (por ejemplo, enfermedad Columnaris, infestaciones parasitarias de branquias); Sustancias tóxicas (metales pesados, pesticidas) pueden causar lesiones de branquias, reduciendo la eficiencia respiratoria; La anemia causada por la desnutrición, los organismos de enfermedades infecciosas, o tóxicos, el nitrito puede conducir a la insuficiencia de O2 alcanzando tejidos; La acidosis de la sangre a partir del amoníaco no ionizado, pH bajo del ambiente, altas concentraciones de dióxido de carbono, o actividad excesiva. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Respuestas a la hipoxia La demanda de O2 es cubierta incrementando tanto la tasa de ventilación como el volumen de agua respirada; Los peces compensan el bajo DO mediante una serie de cambios conductuales y fisiológicos; “El boqueo” en la superficie es exhibido cuando el pez trata de utilizar el O2 en la capa superficial; Interruptor de corto plazo para el metabolismo anaeróbico. Las mediciones de DO. (a) La titulación química en húmedo; (b) medidor de oxígeno polarográfico con membrana-electrodo menos sujeto a las sustancias que interfieren; rápido, pero la precisión puede verse comprometida a muy bajo DO o en condiciones de sobresaturación. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Dióxido de Carbono • El dióxido de Carbono es producido en la respiración y consumido por las plantas en la fotosíntesis; • Las concentraciones de CO2 disuelto usualmente varían inversamente con el oxígeno disuelto. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez A. Dióxido de Carbono en Aguas Naturales • El dióxido de carbono es altamente soluble en agua (300 veces más que el oxígeno); • Las concentraciones en agua pura expuesta al aire son bajas (menos de 1 mg/L) porque el dióxido de carbono es un constituyente menor de la atmósfera (cerca de 0.035 % por volumen); • Significantes variaciones en las concentraciones de dióxido de carbono resultan de la actividad biológica; • Producido por la respiración y consumido por las plantas en la Fs; • La concentraciones de CO2 disuelto usualmente varían inversamente con el oxígeno disuelto. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Aguas subterráneas Rango: 0 a > 100 mg/L La mayoría del CO2 en aguas subterráneas es originado por la actividad biológica en las zonas de recarga acuíferas; Las aguas subterráneas de acuíferos de silicatosminerales tienen concentraciones más altas de CO2 disuelto que aguas de depósitos calizos porque parte del CO2 es removido en reacciones con la caliza. • Aguas superficiales Usualmente < 5 mg/L La concentración de CO2 depende de la tasa de R, Ps y difusión. Difusión es lo más importante en aguas superficiales no contaminadas debido a la baja actividad biológica. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez B. Dióxido de Carbono en Estanques Acuícolas Actividad biológica más alta en estanques acuícolas; concentraciones de CO2 dominadas por la Respiración del fitoplancton y menos por la difución 1. Variación Diurna La amplitud depende de las tasas relativas de Fs y R. Rango 0 mg/L en la tarde a 5-10 mg/L en la madrugada Tasas rápidas de Fotosíntesis (fitoplancton abundante, la luz del sol, y agua cálida) favorecen la remoción rápida del CO2 En la noche, la Fs cesa el CO2 acumulado de la R Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez 2. Mortandad del Fitoplancton Las concentraciones más altas de CO2 después de la mortandad del fitoplancton Ocurrencia natural o tratamiento con herbicidas o terapéuticos fototóxicos Descomposición de sustratos orgánicos; pocos productores primarios para utilizar CO2. Las concentraciones pueden ser > 20 mg/L por varios días Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez C. Dióxido de carbono en otros sistemas acuáticos • El CO2 en conductos eléctricos y sistemas de recirculación de agua es menos complejo que en los • Los peces pueden ser considerados la única fuente de CO2 (durante el día) • La producción de CO2 es ∞ al consumo de alimento • 250 y 400 g de CO2/1kg de alimento consumido • La acumulación de CO2 en sistemas de cultivo intensivo depende de la cantidad de dióxido de carbono eliminado en la aireación Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez D. Importancia del Dióxido de Carbono • Estresante de animales acuáticos; • Influencias del pH del agua; • “nutriente” requerido para el crecimiento de las plantas. 1.Toxicidad La exposición a altas concentraciones de CO2 puede estresar a los peces interfiriendo con la respiración o causando la formación de depósitos calcáreos en los riñones (nefrocalcinosis). Alto CO2 ambiental reduce la excresión de CO2 por las branquias. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Disminuye el pH del plasma y reduce la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y reduce la absorción oxígeno en la sangre por las branquias; • Aumento de la concentración mínima tolerable de DO; • La tolerancia es específica de la especie; • Los salmónidos y peces marinos pelágicos son relativamente intolerantes al CO2 a diferencia de los ciprínidos e Ictaluridae; • El límite superior para especies de agua cálidas de 30 mg / L (si DO > 5 mg / L); • Concentraciones de CO2 > 50-70 mg / L tienen un efecto letárgico y pueden causar la muerte. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez pH A. pH de Aguas Naturales La mayoría de aguas naturales tienen un valor de pH entre 5 y 10; El pH es regulado dentro de este rango por interacciones entre CO2, HCO3 y CO3 del sistema alcalino; El pH expresa la intensidad del carácter ácido o básico del agua, en contraste con la alcalinidad, la cuial expresa la capacidad de neutralizar ácidos o bases. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez pH en Sistemas Acuícolas La actividad biológica más alta usualmente tiene un efecto mayor sobre el pH que las aguas naturales. 1. Estanques • La función del pH inicial de la alcalinidad total del agua después del equilibrio con suelos de fondo de estanque; • La absorción y liberación de CO2 de la vida acuática influye sobre el pH cuando los estanques son usados para acuicultura; • El cambio diario de pH depende de la cantidad de CO2 añadido o eliminado y la alcalinidad total del agua. a. Efectos de la abundancia de fitoplancton El florecimiento denso de fitoplancton produce fluctuaciones en el pH diurno. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez b. Efecto de la temperatura del agua La temperatura del agua afecta las fluctuaciones diurnas en el pH porque las tasas de Fs y R son proporcionales a la temperatura. c. Efectos de la alcalinidad total El pH de aguas con bajo TA cambia más que el pH de aguas con TA más alto. d. Efectos del balance de alcalinidad/dureza Valores de pH tarde después del mediodía de >10 pueden ocurrir en aguas de moderado a alto TA (50-200 mg/L como CaCO3) y bajo TH (< 250 mg/L como CaCO3); los iones principales son el Na y HCO3. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez C. Importancia del pH • Exposición de animales acuáticos a pH extremos puede ser estresante o letal; • Efectos indirectos del pH son a menudo más importantes que los efectos tóxicos directos; • Fallas de osmoregulación ocurren a valores de pH de 4-5 y por encima de 9-10. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Escala de pH en ralación a la salud y producción de peces 4 Punto Ácido Mortal 5 6 7 8 No reproducción 9 10 11 Crecimiento lento Rango deseable para alta productividad Crecimiento lento No reproducción Punto Alcalino Mortal Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Dióxido de carbono Con el TA alto, las aguas con pH inferior a 7 pueden contener altos niveles de CO2, por lo que los animales pueden ser estresados a pesar de que el pH pueda estar dentro del rango "óptimo". Equilibrio de amoníaco La proporción total de amoníaco (NH4 + NH3) que existe en la forma tóxica no ionizada (NH3) aumenta a medida que aumenta el pH. El equilibrio de sulfuro de hidrógeno La proporción de sulfuros totales (H2S + HS-) que existe en la forma tóxica no ionizada (H2S) aumenta a medida que disminuye el pH. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Equilibrio hipocloroso Las dos formas más tóxicas del cloro, ácido hipocloroso (HOCl) y dicloramina (NHCl2), aumentan a medida que disminuye el pH. Toxicidad por metales Iones libres no complejos de Zn, Cu, Al y otros metales pueden ser tóxicos para los animales acuáticos a concentraciones relativamente bajas; El pH bajo favorece la disolución y la mayor concentración del metal en solución; Problemas con la toxicidad de los metales son más comunes en aguas de pH bajo y con baja TA y baja TH; Estas aguas también son menos productivas que otras aguas Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Amoníaco Proteína en el Alimento heces volatilización descomposición NH3 asimilación NH4+ descomposición Proteína vegetal fijación N2 nit r ificación NO2- NO3- asimilación NO2- desnit r ificación Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • • • • NH3 = amoníaco no-ionizado; tóxico; NH4+ = amonio; no tóxico; NH3 + NH4+ = amoníaco total (TA-N); La proporción relativa de NH3 y de NH4+ depende del pH, la temperatura, y a un menor grado de salinidad; • pH 6-9, amoníaco no-ionizado <0.1 mg N/L; • TA-N puede ser alto en aguas subterráneas en contacto con materia orgánica; • Contaminación (residuos industriales, aguas residuales o residuos agrícolas) pueden contribuir con el amoníaco en aguas. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Amoníaco en Sistemas Acuícolas • NH3 producto del metabolismo de animales; • Adiciones de fertilizante amoniacal (NH4NO3,NaNO3); • Producción de amoníaco del alimento consumido∞ tasa de alimentación) 0.3 kg TA-N respirado/ 1kg de alimento consumido (25 a 40 % de proteína cruda); • Concentraciones de TA-N = tasa de producción de TA-N vs tasa de pérdida de TA-N; • Concentraciones de TA-N normalmente bajas (excepciones: p. ej., mortandad del fitoplancton); • TA-N > 1 mg N/L indica fertilización excesiva. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Estanques que reciben alimento Fuente- Amoníaco producido de proteína Cuerpo de agua- Asimilación por el fitoplancton – Desbordamiento; – Volatilización del NH3 no-ionizado con pH alto; – Volatilización del N2 procedente de la desnitrificación en lodos (anaeróbico); – Intercambio de iones de NH4 por las arcillas en los sedimentos; – Acumulación de sedimentos de N orgánico; Entrada ∞ a la tasas de alimentación. Asimilación ∞ la productividad del fitoplancton. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Factores que afectan las concentraciones totales de amoníaco Tasas de alimentación; Temperatura; Luz; Mortandad del fitoplancton. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez AMONÍACO Y NITRÓGENO DISUELTOS EN EL AGUA DEL ESTANQUE Escala de amoníaco disuelto Escala de nitrógeno disuelto amoníaco nitrógeno Agua del estanque Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Factores que afectan las concentraciones de amoníaco noionizado NH3 – f(TA-N, pH, temperatura del agua, salinidad) NH3> en agua superficial durante el día (pH and Temp.) NH3< en la noche (pH reducido del CO2 respiratorio)  Si el sistema tiene pequeños intercambios de gases (aquellos que usan O2 puro), el CO2 se acumula y el pH es deprimido, por lo tanto, el NH3 es raro a menos que el pH del agua influente sean inusualmente alto (pH > 8.8);  En sistema manejado apropiadamente, la tasa de producción de NH3 metabólico = tasa de nitrificación y el TA-N no se acumula. 2NH4+ + 3O2 ---------2NO2- + 2H2O + 4H+ 2NO2- + O2--------2NO3Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Importancia del Amoníaco Fuente de N inorgánico para el crecimiento de las plantas. Toxicidad del NH3 para animales acuáticos. Toxicosis por Amoníaco no-ionizado NH3 es el mayor producto de degradación de la proteína en animales acuáticos. Si los niveles ambientales de NH3 son altos, la tasa de excresión de NH3 de animales acuáticos a través de las membranas branquiales al agua es reducida, con serias consecuencia fisiológicas. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Toxicosis Agudas por NH3 Supresión de la producción de energía metabólica en el sistema nervioso central Los síntomas ocurren dentro de horas de estar expuestos a > 1mg/L NH3  Hiperactividad  Convulsiones  Letargo  Pérdida de equilibrio  Coma Exposición por largo tiempo a bajas concentraciones de NH3  Eficiencia respiratoria reducida  Pobre crecimiento  Resistencia a enfermedades reducida Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Criterios para el Amoníaco  Basado en concentraciones de amoníaco desionizado (NH3)  Exposición continua por largo tiempo- < 0.05 mg/L NH3)  Estanques- dificultad de asignación debido a los cambios continuos de concentración  Los peces de aguas cálidas usualmente son menos tolerantes <0.02 mg/L Las concentraciones de amoníaco desionizado tienen que ser determinadas mediante medidas analíticas de de TA-N, pH y temperatura Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Nitrito Proteína del Alimento heces volatilización descomposición NH3 asimilación NH4+ descomposición nit r ificación NO2- Proteína de plantas NO3- asimilación fijat ion N2 NO2- desnit r ificación Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • NO2 = puede ser tóxico para animales acuáticos • Producto intermedio en un proceso mediado por dos bacterias 2NH4+ + 3 O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ 2NO2- + O2 2NO34.75 mg O2/L requeridos para nitrificar 1 mg/L de TA-N a NO3 Nitrificación Nitrificación es la oxidación en dos pasos de NH3 a NO3 por bacterias altamente quimioautotrófica Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • • NH3 NO2 • NO2 normalmente es convertido rápidamente en NO3, sin embargo, no se acumula Temperaturas de aguas frías, tasas de oxidación de NH3 > NO2, sin embargo, se acumula NO2 • • • • • • NO2 NO3 Nitrosomonas Nitrobacter Desnitrificación La reducción biológica de NO3 a N2 o NO2 NO2 es un producto intermedio (menor fuente de NO2 en la mayoría de aguas Sedimentación anaeróbica/agua Bacterias heterotróficas usan NO3 como receptor terminal de electrones en la respiración Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Nitrito en Sistemas Acuícolas Sistemas de Producción intensivos/altamente intensivos Asociados con altas tasas de alimentación y la interrupción en el proceso de nitrificación NO2 producido en la nitrificación es la mayor fuente La asimilación de NH3 por parte del fitoplacton limita la cantidad de amoníaco que puede ser nitrificada a NO2 a una concentración de, usualmente, <0.2 mg N/L Causada por picos en la concentración de NH3 Condiciones asociadas con problemas de NO2 Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Escala de amoníaco disuelto Escala de Nitrito disuelto Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Condiciones asociadas con problemas de NO2 Mortandad de Fitoplancton: Incremento en substrato NH3 estimula el crecimiento de Nitrosomonas; b. Cambios repentinos en la temperatura del agua: elevación en NO2 en agua más fría... Episodios de NO2 elevados son raros en estanques acuícolas tropicales o subtropicales porque la temperatura del agua siempre es cálida. c. Tasas altas de alimentación... Provocan que se incremente la frecuencia y severidad de la toxicidad de NO2. a. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Importancia del Nitrito Toxicidad a concentraciones relativamente bajas. 1. Mecanismo de toxicosis en peces. NO2 entra al sistema circulatorio a través de las branquias. hemoglobina NO2 + Hb (Fe2+) metahemoglobina MHb (Fe3+) Metahemoglobina es incapaz de combinar reversiblemente con O2 Metahemoglobinemia + dificultad respiratoria por la alteración del transporte de O2 Enfermedad “Brown-Blood” + Metahemoglobina tiene una característica de color marrón @ 20-30 % del total de hemoglobina. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez • Toxicidad de nitrito en peces a. Peces de agua dulce Tres categorías: 1. Peces que concentran el NO2 rápidamente Salmonidae, Ictaluridae, Cichlidae tienen tasas rápidas de Cl y NO2 del ambiente; 2. Peces que concentran el NO2 lentamente – Ciprínidos transportan activamente ambos, Cl and NO2 3. Peces que excluyen al NO2 - Percidae ecluyen al nitrito de su plasma (se desconoce cómo) El mecanismo de toxicosis está pobremente comprendido. Nivel máximo de 0.1 mg/L NO2-N, a menos que se disponda de informaciones específicas de la especie. Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez RESULTADOS OBTENIDOS PARA PRUEBAS DE CALIDAD DE AGUA PARÁMETRO RANGO ACEPTABLE VALOR OBTENIDOS pH 6.5 – 8.5 7.1 Temperatura /°C 22 - 30 27 Amoníaco Disuelto < 1ppm >3 Nitrito Disuelto < 0.6ppm 0.05 Total de coliformes en 100mL < 5000/100ml 500000 Coliformes Fecales en 100mL - 60000 Autor: Dr. Aweeda Newaj-Fyzul, 2014 Traducción Dr. Rafael A. Vásquez Martínez