por Daniel Taylor y Jens Kjerulf Petersen, Centro danés de mariscos, DTU Aqua, Dinamarca
Eutrofización y lucha por controlar la pérdida de nutrientes
La densidad de población humana y la utilización de las tierras para el cultivo de alimentos se han intensificado en las regiones costeras durante el siglo pasado. Esta intensificación ha afectado dramáticamente los procesos biológicos y químicos en los ecosistemas costeros a través de un aumento en el flujo de nutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo, desde la tierra y la atmósfera hasta el mar.
Esencialmente, cuanto más se alimenta (fertiliza) la tierra y más nos alimentamos (comida más combustibles), Cuanto más alimentamos las aguas costeras con nutrientes causados por la escorrentía agrícola, aguas residuales, y deposición atmosférica.
A medida que las aguas costeras se enriquecen en exceso, cambios en el funcionamiento biológico con consecuencias a menudo a largo plazo. Uno de los muchos síntomas es el aumento del crecimiento y la concentración de fitoplancton (plantas unicelulares).
Las aguas enriquecidas pueden volverse tan productivas con el crecimiento del fitoplancton que la luz solar no alcanzará las profundidades suficientes para sustentar la vida de las plantas acuáticas en el fondo del mar y se perderán valiosos hábitats de plantas como las praderas de pastos marinos. Los aumentos adicionales en las concentraciones de fitoplancton pueden conducir al agotamiento del oxígeno, cuando las células muertas del fitoplancton se descomponen en el lecho marino.
Durante las últimas décadas, La mejora de la calidad del agua costera ha sido un foco de desarrollo de políticas en muchas regiones del mundo. Ha habido logros impresionantes en la implementación de estas políticas, especialmente en la mejora del tratamiento de aguas residuales.
Sin embargo, muchos cuerpos de agua costeros, como los del norte de Europa, incluido el Báltico propiamente dicho, todavía se consideran muy afectados por la escorrentía excesiva de nutrientes y probablemente lo seguirán siendo en los próximos años.
Los aportes de nitrógeno a las aguas costeras proceden de fuentes puntuales (p. Ej., Plantas de tratamiento de agua, granjas de peces), fuentes difusas / no puntuales (por ejemplo, tierras agrícolas, descarga de agua subterránea), o atmosférico (por ejemplo, amoníaco volatilizado o absorción de subproductos de combustión).
Tras las modificaciones y mejoras en los programas de gestión de la calidad del agua, las fuentes difusas de nutrientes son las más importantes. Los métodos de tratamiento diseñados para minimizar la introducción de nutrientes en las aguas costeras abundan en la implementación.
Los ejemplos clásicos de tales métodos de tratamiento incluyen restricciones en el uso de fertilizantes, humedales construidos, estanques de sedimentación, zonas de amortiguamiento vegetativo ribereño; y más recientemente, sistemas de "agricultura de precisión".
Aunque se ha avanzado mucho en la reducción de los flujos de nutrientes hacia las aguas costeras, la eficiencia de la implementación adicional disminuye rápidamente y, a menudo, también es más costosa de implementar.
Es más, décadas de enriquecimiento tienen un legado de enriquecimiento mejorado de los sedimentos del fondo marino, que será una fuente persistente de nutrientes mediante múltiples procesos (denominada 'carga interna'), y solo se puede mitigar en el medio acuático.
Mejillones de mitigación
Un medio innovador de mitigar el enriquecimiento de nutrientes en las aguas costeras es aprovechar una parte de la biología costera:la filtración de agua de los moluscos bivalvos. Mejillones, ostras, almejas, y otros bivalvos se alimentan filtrando partículas del agua; el fitoplancton es una fuente primaria de alimento para estos animales.
El cultivo activo de bivalvos y el enfoque en la restauración de arrecifes de bivalvos han demostrado el impacto de filtración que estas poblaciones pueden exhibir. Las granjas de mejillón estándar pueden filtrar cientos de miles de metros cúbicos por hora. El fitoplancton y la materia orgánica se asimilan en el cuerpo del mejillón o se inmovilizan en los sedimentos. atrapando una porción significativa de nutrientes en aguas enriquecidas.
Se ha trabajado mucho para analizar los 'servicios ecosistémicos' proporcionados por los bivalvos durante las últimas décadas por numerosos investigadores, principalmente en los Estados Unidos y el norte de Europa. Más de una década de conceptualización e investigación en el Danish Shellfish Centre (DSC), una sección dentro de DTU Aqua, Universidad Técnica de Dinamarca:se ha centrado en aprovechar la filtración de bivalvos en el cultivo activo como un mecanismo intensivo para reducir la magnitud de las condiciones eutróficas en las aguas del Báltico occidental; denominado 'cultivo de mejillones de mitigación'.
Recogiendo los mejillones, los nutrientes que primero consume el fitoplancton y luego se convierten en biomasa de mejillón, se eliminan del ecosistema. Emplear técnicas de cultivo adaptadas de la industria de la acuicultura del mejillón convencional, se pueden cultivar altas densidades de mejillones en regiones específicas, con el potencial de eliminar varias toneladas métricas de nutrientes de las aguas costeras por cosecha (Petersen et al, 2019).
Este modo también sirve como un medio para utilizar una gran cantidad de larvas de mejillón, que normalmente se consumen como zooplancton o no se depositan. Si bien los mejillones de acuicultura (que aparecen en los platos) también brindan este servicio, Los 'mejillones de mitigación' se cosechan típicamente con una manipulación mínima y en un período de crecimiento más corto para reducir los costos y maximizar el potencial de extracción de nutrientes; tienden a ser considerablemente más pequeños que los mejillones que se encuentran en el mercado o en los restaurantes.
Como medida de mitigación de nutrientes, El cultivo de mejillón de mitigación se ha adoptado en los planes para los esfuerzos futuros para alcanzar un buen estado ecológico en las aguas costeras danesas. En Dinamarca, una meta propuesta es cosechar 100, 000 toneladas métricas de mejillones de mitigación al año, lo que resultará en la eliminación de 1-2, 000 toneladas de nitrógeno, correspondiente al 8-15 por ciento [JKP1] de la reducción de la demanda nacional en Dinamarca.
Harinas de mejillón de mitigación:devolución de nutrientes perdidos
¿Cómo encajan los alimentos acuícolas y otras formas de acuicultura en esta ecuación? El concepto de integración de organismos que se alimentan por filtración, como los mejillones, en la producción de especies tróficas superiores ha sido popularizado por muchos, a menudo denominada 'Acuicultura Multitrófica Integrada' o, más exactamente, simplemente 'Acuicultura Multitrófica'.
Como fuente de nutrientes, sin embargo, en la mayoría de los países esto aporta una cantidad insignificante de nutrientes en relación con la carga costera terrestre más grande.
Dado que los mejillones de mitigación tienden a ser más pequeños y de tamaño menos uniforme que los cultivados para el consumo humano, la producción de harinas para piensos ha sido la vía más atractiva para su utilización. La creciente demanda de fuentes de proteínas para piensos con perfiles de aminoácidos equilibrados ha requerido una mayor generación e inclusión de alternativas a la harina de pescado.
Las comidas producidas a partir de mejillones azules generalmente tienen perfiles de aminoácidos similares a las harinas de pescado (Jönsson y Elwinger, 2009), con niveles totales de proteína cruda de 65 a 71 por ciento. Concentraciones de aminoácidos que por lo general requieren suplementación en dietas de reemplazo, como metionina y taurina, son similares a los perfiles de harina de pescado (Árnason et al, 2015).
Los tejidos de mejillón contienen importantes pigmentos y antioxidantes, incluida la mytiloxantina, un pigmento exclusivo de los mariscos, que supera a la astaxantina en la captación de hidroxilo (Maoka et al., 2016). Es más, Las harinas de mejillón enteras exhiben proporciones atractivas de LC-PUFA como DHA, DPA, y EPA (Árnason et al, 2015).
En las dietas de ganadería, altos niveles de inclusión han demostrado efectos positivos en las gallinas ponedoras (Afrose et al, 2016), y digestibilidad en piensos porcinos (Nørgaard et al, 2015).
Un número limitado de estudios en especies de peces han demostrado una alta digestibilidad en la trucha ártica (Salvelinus alpinus) y la perca euroasiática (Perca fluvialtilis) (Langeland et al, 2016), así como una mayor palatabilidad en dietas carnívoras con alta inclusión de plantas (Nagel et al, 2014). Curiosamente, la composición bioquímica del tejido del mejillón puede verse influenciada por las condiciones locales de crecimiento, debido a los diferentes componentes de la comunidad de fitoplancton (Pleissner et al, 2012), así como el estado reproductivo; ya que las concentraciones de glucógeno y los pigmentos carotenoides aumentan inmediatamente antes del desove.
La determinación de patrones de composición diferencial en el futuro puede brindar oportunidades para comidas específicas; sin embargo, esto requiere más investigación siempre que la producción a gran escala de harinas probablemente mezcle material de múltiples sitios y momentos.
Mejillones, en cultura de mitigación, por lo tanto, representan una fuente atractiva de proteínas, ya que asimilan el fitoplancton que ya es sobreabundante en el medio ambiente (cero aporte de alimento gestionado) al tiempo que proporcionan retroalimentaciones ecológicas positivas. Tales retroalimentaciones (servicios ecosistémicos) en otros mecanismos de mitigación se compensan en gran medida con apoyo financiero directo o esquemas de compensación de costos. En esencia, reciclar los nutrientes "perdidos" de vuelta al sistema alimentario y mejorar el medio ambiente local en el camino.
Sin embargo, como toda buena historia, hay desafíos por delante. La producción ampliada de mejillones de mitigación requiere la optimización de la extracción de nutrientes en un espacio limitado que también minimiza el conflicto con otros usos de las aguas costeras y los intereses creados en el paisaje marino.
El entorno natural también puede plantear obstáculos para la expansión:si las condiciones hidrodinámicas son adecuadas, el asentamiento natural de mejillones es suficiente, y la presión de los depredadores (es decir, patos eider) son manejables. En los círculos políticos, de local a regional, La determinación de cómo y dónde administrar los nutrientes está influida por una gran variedad de perspectivas.
Como este mecanismo tiene como objetivo reducir los nutrientes que ya se encuentran en el medio marino, El cultivo de mejillones de mitigación está destinado a complementar los programas de manejo de nutrientes existentes, y este concepto es un tema de debate en curso.
Finalmente, y que es fundamental en términos de viabilidad económica, el procesamiento de harinas de mejillón y la racionalización de la producción requerirán una mayor innovación. Los desafíos del procesamiento de transformar los mejillones de mitigación en una comida se basan en la separación de alto rendimiento de la cáscara del tejido antes de la producción posterior de la harina.
Los métodos convencionales de separación por vaporización y vibración son relativamente caros, mientras que los métodos alternativos de "exprimido" u otra forma de separación sin la exclusión preliminar de la cáscara generalmente dan como resultado harinas con un alto contenido de cenizas de las partes retenidas de la cáscara.
La investigación actual
Recientemente, Dos proyectos administrados por DSC fueron financiados para evaluar técnicas de optimización para maximizar la extracción de nutrientes en unidades de mitigación mientras se documentan sus impactos ecológicos.
El proyecto BONUS OPTIMUS ha reunido a un consorcio de investigación de cuatro países y nueve socios para el desarrollo de cultivos de mitigación en el Báltico occidental para la posterior producción de harinas de mejillón como alternativa a la harina de pescado.
Los ensayos de alimentación realizados en OPTIMUS incluyen el reemplazo en dietas de salmónidos. El proyecto financiado a nivel nacional, MuMiPro, reúne a 15 socios que evalúan técnicas de cultivo óptimas en aguas eutróficas danesas para la producción a gran escala de harina de mejillón orgánico.
La ambición de ambos proyectos es demostrar medios para producir mejillones de mitigación que maximicen su huella ecológica positiva a un ritmo económicamente viable. Esto incluye un mayor desarrollo del procesamiento de harinas de mejillón para la alimentación animal, y, en última instancia, el mercado de alimentos acuícolas de alto crecimiento.
Las pruebas y la optimización de técnicas de procesamiento alternativas se encuentran actualmente bajo investigación en el proyecto MuMiPro. Encontrar la combinación de mantener un buen perfil nutricional y minimizar los costos de procesamiento, como todos los demás ingredientes de alimentos acuícolas, es un proceso en constante evolución.
Los objetivos combinados de estos dos proyectos son impulsar el desarrollo del cultivo de mejillón de mitigación como una herramienta de mitigación de nutrientes y técnicas de procesamiento para una comida de alta calidad.
