INTRODUCCIÓN

La producción pesquera mundial ha aumentado de forma constante en las últimas cinco décadas y el suministro de peces comestibles se ha incrementado a una tasa media anual del 3.2%, superando así la tasa de crecimiento de la población mundial del 1.6%. El consumo per cápita a nivel internacional aumentó de un promedio de 9.9 kg en 1960 a 19.2 kg en el año 2012 (^{FAO, 2018}). Específicamente en México, durante la última década el consumo de especies acuícolas y pesqueras ha ido en aumento. En la actualidad las principales especies de acuicultura en el país son el camarón (150 mil 76 toneladas), mojarra tilapia (149 mil 54 toneladas), ostión (45 mil 148 toneladas), carpa (30 mil 300 toneladas) y trucha (siete mil toneladas) (^{CONAPESCA, 2018}).

En cuanto a la producción y mercado de rana toro (Lithobates catesbeianus), las estadísticas son escasas. Aún así, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (^{FAO, 2018}) reporta que en el año de 1980, se estimó que el 3% del mercado global de ranas (todas las especies) era abastecido por la acuicultura; mientras que la contribución para el año 2002 fue estimada en un 15% (tomando en cuenta la tasa calculada de crecimiento de la industria). Taiwán, Brasil y México como los principales países productores de ranas vivas (captura y acuicultura). Algunas estadísticas documentadas colocan a los Estados Unidos de América como el mayor consumidor de ranas, seguido por Francia y Canadá; con tres nichos principales de mercado: ancas de rana, ranas vivas y ranas para necesidades educativas y científicas (^{FAO, 2009}).

En México, la producción de rana toro (Lithobates catesbeianus) es liderada por el Estado de México, seguido de Sinaloa, Nayarit y Jalisco con 35 unidades de producción animal, con un promedio de 60 hectáreas de superficie utilizada (^{INAPESCA, 2018}). Los principales sistemas de producción acuícola utilizados en el país son extensivos (cultivo en embalses con mínima intervención humana después de la siembra y con bajos rendimientos), semi-intensivos (cultivo en estanques, corrales y cuerpos de agua) e intensivos (cultivo en sistemas controlados, estanques, jaulas, canales de corriente rápida o sistemas de recirculación y reacondicionamiento del agua) (^{INAPESCA, 2018}).

Si bien, la demanda de ranas vivas para alimento ha aumentado, se espera que la realización de investigaciones sobre nutrición, patología y reproducción den lugar a mejoras importantes que impulsen su producción. Así como un aumento en los precios del mercado, pues en la medida que se restringe el comercio y captura de ranas silvestres, aumenta su cultivo; no obstante, deben realizarse mejoras en la comercialización, pues la carne de rana y sus cualidades están lejos de ser extensamente conocidas (^{FAO, 2009}).

Frente a estos retos, surgen opciones tecnológicas innovadoras que mejoran la eficiencia de la producción, en pro de la sostenibilidad ambiental, económica y social. Pues si bien sabemos que el agua dulce es un requisito fundamental para la acuicultura, es necesario reconocer que las reservas son finitas en las regiones áridas y el agua escasea, generando una competencia entre los sectores productivos por la distribución de los recursos hídricos (^{Neto & Ostrensky, 2015}). Por lo que el uso de recursos hídricos no convencionales en la acuicultura se identifica como un mecanismo potencial para mejorar el rendimiento de la producción de alimentos y al mismo tiempo preservar los recursos de agua dulce no renovables y renovables (^{Corner et al., 2020}).

Como respuesta a esta problemática, surge la tecnología Biofloc como una alternativa de reúso de agua a niveles industriales, con una repercusión positiva en el medio ambiente (^{Mancipe et al., 2019}), pues su aplicación puede llevarse a cabo en sistemas productivos integrados (^{Bossier & Ekasari, 2017}). En la producción de especies alternas acuícola, la implementación de un sistema Biofloc significa una reducción de más del 50% de la huella hídrica implicada en la producción; además de crear un efecto positivo en la sanidad animal (^{Bossier & Ekasari, 2017}).

La implementación de dicha tecnología en el área acuícola está basada en la creación de un microbioma que reutiliza los desechos orgánicos de los peces y el alimento no utilizado; creando flóculos de agregados bacterianos suficientemente grandes para ser detectados por los peces y alimentarse ellos; estos agregados de microbiota suelen contener porcentajes de proteína de hasta el 27.5% y 7.5% de lípidos (^{Ekasari et al., 2014}). Siendo así que estos niveles de proteína y energía pueden incluso compararse con la calidad del alimento comercial para peces de producción.

Considerando que los microorganismos son parte esencial de los ecosistemas acuíferos, su rol en el reciclado de los nutrientes es esencial en la cadena trófica de los sistemas. Por décadas han sido utilizados como prebióticos e inmunoestimulantes, para el control de enfermedades, así como mejoradores de la calidad de agua de los estanques de producción acuícola (^{Martínez et al., 2017}). Los sistemas basados en microbios representan una de las estrategias más viables para lograr una acuicultura sostenible, pues estos sistemas se basan en la promoción de la proliferación microbiana; esperando que estos utilicen, reciclen y transformen el exceso de nutrientes de las heces, los organismos muertos, alimentos no consumidos y diversos metabolitos en biomasa; además de desplazar organismos patógenos en los sistemas de producción (^{Martínez et al., 2015}; ^{Huerta et al., 2019)}.

Además de tener en cuenta que la aplicación de un sistema Biofloc en la producción acuícola logra un proceso de nitrificación, esto sucede a través de la fuente de carbohidratos que se adiciona a los estanques, ya que permite que las bacterias y microorganismos conviertan los desechos orgánicos de las heces y el alimento desperdiciado; disminuyendo la cantidad de amonio, mejorando la calidad del agua y permitiendo que ésta prácticamente sea eterna en los estanques (^{Wei et al., 2016}).

Por lo que el objetivo de este estudio fue medir el efecto de la utilización de agua de reúso de un sistema de Biofloc de cultivo de tilapia (Oreochromis niloticus) en la producción intensiva de rana toro (Lithobates catesbeianus), como una alternativa de uso para las zonas áridas y semiáridas de México.

MATERIAL Y MÉTODOS

Zona de estudio: el estudio se realizó en el Centro de Reproducción, Investigación y Transferencia Tecnológica en Rana Toro el “El Chaveño” en convenio con la Universidad Autónoma de Aguascalientes; ubicado en Jesús María, Aguascalientes, México; con una temperatura media anual de 17ºC, precipitación media anual de 531 mm y localizado a 1,880 m.s.n.m. (^{INEGI, 2021}).

Material biológico: se utilizaron un total de 4,000 ranas toro (Lithobates catesbeiana), con un peso inicial promedio de 49.8 gramos/organismo, distribuidas en 40 corrales con un sistema semi inundado de volumen efectivo de 400 L.

Diseño experimental: el experimento se estableció bajo un diseño completamente al azar de 4 tratamientos de 10 repeticiones, obteniendo un total de 40 unidades experimentales. Cada unidad experimental estuvo conformada por 100 ranas toro (Lithobates catesbeiana).

Tratamientos evaluados: los tratamientos evaluados fueron los siguientes; T1: sistema de cultivo con recambio semanal de agua potable del 100% y limpieza de fondo. T2: sistema de cultivo con 30% de agua de reúso de un sistema de Biofloc de tilapia (Oreochromis niloticus) y 70% de agua potable, sin recambio de agua y con adición de azúcar no refinada como fuente de carbono en relación C:N de 15:1. T3: sistema de cultivo con 60% de agua de reúso de un sistema de Biofloc de tilapia (Oreochromis niloticus) y 40 % de agua potable, sin recambio de agua y con adición de azúcar no refinada como fuente de carbono en relación C: N de 15:1. T4: sistema de cultivo con 90% de agua de reúso de un sistema de Biofloc de tilapia (Oreochromis niloticus) y 10% de agua potable, sin recambio de agua y con adición de azúcar no refinada como fuente de carbono en relación C:N de 15:1.

Sistema de producción: el sistema de producción utilizado en el estudio fue de tipo semi inundado con superficies uniformes de confinamiento de 8 m², la capacidad inundable de cada estanque fue de 0.4 m³, con un área seca de 0.4 m² con alimentación en el área seca del piso. Con lámparas de luz distribuidas en la unidad de producción acuícola para mantener un fotoperiodo de 14 hrs de luz (10 hrs de oscuridad), con una temperatura entre 28 - 42 °C en un ciclo de 24 hrs y una temperatura del agua constante entre 26-28 °C. La humedad ambiente se mantiene a 95-98% utilizando aspersores de agua. El tiempo de estudio fue de 15 semanas, en el periodo de agosto - noviembre 2020.

Dietas y alimentación: se utilizó una dieta isoproteica e isocalórica (^{Rincón et al., 2012}), basada en alimento comercial para trucha (Salmo trutta) y bagre (Ictalurus punctatus) marca Nutripec Purina® con 40% proteína cruda y 9% de grasa para la etapa de desarrollo. La cantidad de ración se suministró una vez al día (^{SENASICA, 2016}) y se calculó sobre la base de la biomasa a una tasa de alimentación del 6% mantenida durante el periodo experimental y se ajustó a los 20 días de iniciado el experimento a 3% de la biomasa. Para la determinación de la ganancia de peso se registró el peso del total de las ranas, estos registros se hicieron al inicio del experimento y de manera semanal con una balanza digital de sensibilidad de 0.1g (303D, DESEGO, México).

Parámetros zootécnicos evaluados: las variables evaluadas fueron: Ganancia de Peso (GP) con la fórmula GP= PFPI, donde PF es Peso Final y PI es Peso Inicial. Se calculó la Tasa Específica de Crecimiento (TEC) con la fórmula TCE (%) = (Ln) (Pf)-Ln (Pi)/tx100; donde: Pf y Pi son el Peso Final y Peso Inicial, t es el tiempo¹ y Ln es el logaritmo natural de los pesos. El porcentaje de Sobrevivencia (%S) al final del periodo se calculó con la fórmula %S=No final de organismos/No inicial de organismos x 100. Tasa de Sobrevivencia (TS) y Conversión Alimenticia (CA) obtenidas de la relación entre el alimento consumido y la biomasa al final del periodo experimental (^{Gutiérrez et al., 2016}).

Calidad del agua: durante el estudio la calidad del agua se mantuvo dentro de los parámetros establecidos para la rana toro (Lithobates catesbeiana) en producción intensiva (SENASICA, 2016). Los parámetros fisicoquímicos evaluados semanalmente fueron: temperatura (T °C), conductividad (μs), pH y amonio (mg/l); siendo tomados con multi sonda (556 MPS, YSI, EUA). Mientras que la dureza (mg/l CaCO3) y alcalinidad (mg/l CaCO₃) fueron tomadas con un kit de pruebas (FF-1A, HACH, Alemania), según lo descrito por ^{Plazas & Paz, (2019)}.

Flóculos bacterianos: para el establecimiento de los flóculos bacterianos en el cultivo de tilapia (Oreochromis niloticus), se inoculó con lixiviado de cama de lombriz roja Californiana (Eisenia foetida); para lo cual se utilizó 3 L de lixiviado por cada 10m³ de agua en los tanques 1L/10m3 de bacterias nitrificantes para peces de la marca PondPerfect 4in. Para el establecimiento del Biofloc se empleó azúcar no refinada a razón de 0.02 g/L para garantizar una fuente de C y 5 mg/L de cloruro de amonio (NH4Cl) como fuente de N; además de 2 g/L de sal marina y 50 g/L de bicarbonato de sodio (NaHCO3) para garantizar una fuente inicial de alcalinidad para las bacterias según la metodología de ^{Luo et al., (2014)}. El azúcar no refinada se continuó adicionando cada dos días de acuerdo al volumen del Biofloc medido en los conos Imhoff.

Análisis estadístico: se utilizó el programa IBM SPSS Statistic versión 27.0.0. En cada experiencia la hipótesis de “la reutilización de agua Biofloc afecta los parámetros productivos de rana toro (Lithobates catesbeiana); se valoró por medio de un análisis de varianza (ANOVA) con un nivel de confianza del 95% (^{Ducoing, 2019}), aplicando una prueba de esfericidad de ^{Mauchly, (1940)}. Cuando esta hipótesis nula se rechazó, se utilizó una prueba de ajuste Greenhouse-Geisser o Huynh-Feldt (^{Bardera, 2019}). Al encontrar efectos globales significativos se realizaron pruebas de efectos simples seguidas de pruebas post hoc. Los análisis post hoc se realizaron mediante la prueba de Tukey para analizar diferencias entre los tratamientos con diferente porcentaje de agua reutilizada de un sistema Biofloc y agua potable, utilizando las comparaciones por pares de Bonferroni para comprobar las diferencias entre los comportamientos analizados (^{Bardera, 2019}).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La media de los parámetros promedios de calidad del agua registrados durante la realización del estudio fue: temperatura 20°C, conductividad 0.4μs, pH 7.2, amonio 1.19 mg/l, dureza 46 mg/l CaCO₃ y alcalinidad 40 mg/l CaCO₃.

En cuanto a las variables de estudio, los resultados muestran diferencia estadística de medias entre tratamientos; sin embargo, la prueba de esfericidad de Mauchly es rechazada al no presentar significancia. Debido a la violación de la esfericidad, se aplicaron las correcciones de Greenhouse-Geisser o Huynh-Feldt; la cual muestra significancia entre los tratamientos en las variables peso de la biomasa, peso promedio y conversión alimenticia. A su vez, en la prueba de pos hoc, la diferencia entre tratamientos bajo la prueba de Bonferroni se muestran diferencias significativas para el uso de Biofloc 30, 60, y 90% en las variables peso de la biomasa, consumo de alimento y conversión alimenticia respectivamente.

El comportamiento de la Ganancia de Peso (GP) (tabla 1) mostró ser mejor estadísticamente en los tratamientos a base de aguas residuales de un sistema Biofloc; sin embargo, esto puede estar relacionado con una mayor mortalidad observada en el T1 (agua potable). La estimación del peso promedio de medias marginales no muestra diferencias significativas, lo cual sugiere que el peso promedio de la rana toro (Lithobates catesbeiana) no se altera con el uso de los distintos porcentajes de Biofloc en el agua, pues se estima que las velocidades de crecimiento y ganancia de peso son similares en los tratamientos.

El efecto en el consumo de alimento (tabla 2) es mayor de forma significativa en los tratamientos con Biofloc, comparado con los organismos que recibieron solo agua potable; estos resultados se correlacionan con los obtenidos sobre conversión alimenticia (tabla 3), donde se observa un mejor efecto en los tratamientos a base de aguas residuales de Biofloc. Las estimaciones de medias marginales para el consumo de alimento muestran diferencias significativas en los T3 (60% Biofloc) y T4 (90% Biofloc), mostrando relación con la mayor ganancia de peso observada.

En cuanto a la conversión alimenticia, se observa (tabla 3 y figura 1) que los organismos del T1 (agua potable) muestran menor conversión alimenticia que los del T4 (90% Biofloc) durante las primeras semanas del estudio; sin embargo, después de la semana ocho las conversiones se igualan, terminando sin diferencias significativas para la semana quince del estudio. Siendo de importancia el resaltar que a partir de la semana 4 el consumo de alimento empieza a ser mayor en los T2 (30% Biofloc), T3 (60% Biofloc) y T4 (90% Biofloc); esto es efecto de la menor mortalidad y el mayor número de individuos sobrevivientes y mejor asimilación de nutrientes.

Figura 1 Comportamiento de la conversión alimenticia por tratamiento 

Diversos estudios han demostrado una dieta más eficiente y asimilación de nutrientes en sistemas donde se utiliza Biofloc (fig. 1). ^{Da Silva et al. (2013)}, encuentran que la aplicación de la tecnología Biofloc en el cultivo intensivo de camarón blanco del Pacífico (Litopenaeus vannamei) mejora de forma considerable la eficiencia mejorada de utilización de N y P hasta un 70% y 66%, respectivamente, en relación con los sistemas de cultivo intensivo convencionales con intercambio regular de agua. Autores como ^{Mercante et al., (2014)} han descrito que niveles altos de fósforo y nitrógeno en el agua de los estanques de producción intensiva de rana toro (Lithobates catesbeiana) disminuyen los parámetros de calidad de agua e interfieren con la productividad; estos mismos efectos se han encontrado en el uso de Biofloc en cultivos de tilapia (Oreochromis niloticus) (^{Schveitzer et al., 2013}; ^{Widanarni et al., 2012}).

Mientras que en la tabla 4 se observa diferencia significativa entre medias en la tasa especifica de crecimiento en el T2 (30% Biofloc) con respecto al T1 (agua potable); de la misma manera se observa este efecto en el T3 (60% Biofloc). Con respecto al efecto de los tratamientos sobre la tasa de sobrevivencia (Tabla 5) se observan la diferencia entre medias de las variables T1 (agua potable), comparado con los organismos de los demás tratamientos.

La tasa específica de crecimiento de los organismos de los T2 (30% Biofloc), T3 (60% Biofloc) y T4 (90% Biofloc) es mayor que en los organismos que recibieron agua potable; lo cual sugiere que la diversidad microbiana en el agua tiene un efecto benéfico en el crecimiento y desarrollo de esta especie en condiciones de producción intensiva; este efecto coincide con los resultados observados en la tasa de supervivencia de este estudio. Estos resultados sugieren que es factible la utilización del agua que proviene de la explotación intensiva de tilapia (Oreochromis niloticus) para el reúso en la producción intensiva de rana toro (Lithobates catesbeianus), pues la calidad microbiana existente en el medio beneficia las interacciones con los microorganismos patógenos, disminuyendo la mortalidad en las ranas que reciben el agua de reúso en diferentes proporciones como sucede en otras especies acuícolas (^{Vinatea et al., 2018}).

Observándose que la sobrevivencia fue similar entre los tratamientos evaluados, destacando que en el T3 (60% de Biofloc) los organismos mostraron mejor tasa de sobrevivencia. Los resultados sugieren que la gran diversidad de organismos presentes en el agua reutilizada de un sistema Bioflc, ejercen una competencia con los microorganismos patógenos potenciales que atacan a las ranas; este efecto ha sido observado en los cultivos acuícolas que utilizan un sistema de Biofloc (^{Martinez etal.,2016}; ^{Ekasari et al., 2014}). Sugiriendo que este efecto crea una competencia de los potenciales organismos patógenos, reduciendo su proliferación en los tanques experimentales, así como en el tracto digestivo de los peces (^{Manduca et al., 2021}).

Estudios publicados demuestran que la microbiota autóctona de la piel y el tracto gastrointestinal podría verse afectada por muchos factores, como interacciones microbianas, flujos de agua, crianza, técnicas y desinfección; que podrían alterar el equilibrio de los ecosistemas microbianos. Estos aspectos, junto con el estrés producido por el hacinamiento, puede superar las barreras inmunes, provocando que los microorganismos microbianos ataquen, provocando brotes de enfermedades infecciosas (^{Mauel et al., 2002}); al ofrecer a las ranas toro (Lithobates catesbeiana) un medio microbiano rico en microorganismos benéficos y mejora el desempeño en los sistemas intensivos de producción. Se ha demostrado que diferentes cepas de bacterias lácticas Gram (+) así como otras Gram (-) aisladas a partir de cultivos de peces, se han utilizado para el control de bacterias que causan enfermedades en las ranas, tales como Proteus vulgaris, Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus epidermidis (^{Pasteris et al., 2009}).

Por otra parte, ^{Mayorga et al., (2015)}, encontraron que el Biofloc fue la principal fuente alimenticia consumida de manera preferente por la tilapia (Oreochromis niloticus) versus alimento balanceado. Por lo anterior, es importante destacar que en México, dada la disponibilidad de alimento (Engorda Extruido, al 20 y 25%de proteína cruda el Pedregaly los Belenes), pueden ser utilizados en cultivo de Biofloc para minimizar el impacto del costo de la alimentación y aprovechar la preferencia de las tilapias (Oreochromis niloticus), por los bioflóculos; y de esta manera disminuir los costos de producción siguen siendo preponderantes.

Existe una realidad científica que indica el alto contenido nutricional de los bioflóculos (^{Ekasari y Maryam, 2012}), aspecto que parece no aplicarse en México, ya que en su mayoría utilizan alimento balanceado con alto niveles de proteína 45/32/25 respectivamente. Cuando se podría eliminar el alimento al 32% y utilizar al 25% para favorecer al consumo de los flóculos microbianos que son preferidos por las tilapias. Por último, ^{Martínez et al., (2017)}, argumentan que la evidencia global apoya la hipótesis de que uso de microorganismos como fuente directa de alimento en acuacultura, revolucionará la industria, cerrando la brecha hacia la sustentabilidad.

CONCLUSIÓN

Es factible la producción intensiva de rana toro (Lithobates catesbeianus) con agua de reúso de un sistema Biofloc del cultivo de tilapia (Oreochromis niloticus); pues las variables evaluadas, ganancia de peso, tasa específica de crecimiento y supervivencia; así como la conversión alimenticia en rana toro (Lithobates catesbeianus), arrojaron una diferencia estadística positiva en relación a la producción acuícola con recambio de agua potable; siendo una opción para el uso eficiente del recurso hídrico en las zonas áridas y semi áridas de México.