Desarrollo de dietas y organismos experimentales

La materia prima utilizada fue un lote de macro ingredientes que estuvo formado por harinas de pescado, harina de pasta de soya, harina de trigo y a su vez por hojas secas de moringa pulverizadas en un molino Wiley modelo 4. Para su análisis proximal los macro ingredientes fueron tamizados a 0.5 mm. Además como fuentes energéticas se dispuso de aceite de pescado, aceite de cártamo, y como suplemento una premezcla comercial de vitaminas y minerales. Para el bioensayo de crecimiento mediante el software Nutrion-Pro se formularon cuatro dietas con una relación P/E de 18, 19, 20 y 21 kg/MJ utilizando como principal factor de variación el contenido de lípidos manteniendo un nivel de proteína fijo de 40 % (Tabla 1) en base a los requerimientos para O. niloticus descritos por ^{Diogenes et al. (2016)}. Las dietas se fabricaron con el método descrito por ^{Gutiérrez et al. (2015)}, para lo cual la mezcla de ingredientes resultante con 30 % de agua (peso/ volumen) se pasó dos veces por un molino de carne de 0.75 HP Marca Harbor Beef Modelo G12 que tenía acoplado un dado de salida de 2 mm de diámetro al final del tornillo, posteriormente el alimento fue secado en estufa con flujo de aire por 24 h a 40 ºC y una vez secas las dietas se tamizaron para eliminar las partículas finas y los pellets uniformes fueron almacenados a 18 ºC hasta su uso. Se obtuvo un lote de alevines comerciales hormonados de tilapia nilótica provenientes de la empresa Agro-Acuícola El Ventarrón SPR de RL de Tlajomulco de Zúñiga, Jalisco, México, los cuales fueron aclimatados en tanques de 12 m³ por 30 días a condiciones experimentales de calidad del agua y alimentados con una dieta comercial de iniciación marca NutriPec con 40 % proteína y 12 % de lípidos (Agribrands-Purina, México) hasta registrar el peso adecuado experimental.

Análisis proximal y de energía de las dietas

Muestras de los ingredientes en forma de harina, y las dietas experimentales fueron finamente molidos, y analizadas en su composición química proximal de proteína cruda (Nitrógeno x 6.25), extracto etéreo (lípidos), humedad, cenizas y fibra cruda con métodos estandarizados de la ^{AOAC (2006)} en el laboratorio de Bromatología de la Unidad Académica de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Autónoma de Nayarit. A continuación se determinó el contenido de energía bruta mediante un calorímetro isoperibólico. El extracto libre de nitrógeno fue calculado por diferencia de la composición proximal como % NFE = 100 - (% proteína + % extracto etéreo + % cenizas + % humedad + % fibra cruda).

Bioensayo de crecimiento

El sistema experimental consistió en 24 tanques de 1200 L conectados a un sistema de recirculación cerrado acoplado a un biofiltro previamente acondicionado con bacterias nitrificantes BioPro^® Nitrobacter (Hobby Pet, Monterrey NL, México) para tratar el agua residual de los tanques con una tasa de recambio de agua de aproximadamente 360 % durante 24 h. En el bioensayo juveniles (peso inicial 9.6 ± 0.2 g) se evaluaron durante 45 días en condiciones controladas de temperatura (27 ± 2 °C), oxígeno disuelto (>6 mg/L) y fotoperiodo (12 h luz: 12 h oscuridad) a una densidad de cultivo de 10 tilapias/tanque. Tres dietas se suministraron con un modelo de alimentación a saciedad aparente (dietas control), y tres dietas con una estrategia de alimentación con restricción del 30 % respecto al consumo del tratamiento control en un diseño experimental con distribución completamente al azar por triplicado. Durante el bioensayo se realizaron biometrías al día 0, 15, 30, 45 después de un periodo de 24 h sin alimentación para estandarizar el peso de los animales. Los parámetros de calidad del agua como oxígeno disuelto y temperatura se midieron una vez por día a las 8.00 am usando un oxímetro modelo AZ 8403. Los contenidos de amonio, nitritos y nitratos se determinaron cada tercer día a través de un kit colorimétrico comercial API-SALTWATER de agua dulce, y el pH fue medido con un potenciómetro manual. El sistema de cultivo se instaló en la Unidad Académica de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Autónoma de Nayarit, las tilapias fueron acondicionadas en un tanque de 2 m³ de capacidad a temperatura de 27 ± 0.5 ºC y oxígeno disuelto de 5.0 ± 0.7 mg/mL bajo condiciones de agua clara.

Parámetros productivos y análisis económico del bioensayo

Al final del bioensayo de crecimiento se determinaron los parámetros zootécnicos productivos con fórmulas estándar para peces y utilizando los criterios determinados por ^{Jauralde et al. (2011)} para definir el coeficiente térmico de crecimiento mediante la fórmula.

Los parámetros de ganancias económicas por efecto de cada dieta experimental se determinaron mediante las ecuaciones siguientes utilizadas por ^{Lozano et al. (2007)}: 1) Índice de conversión económico (USD $/kg of tilapia); ECR = conversión alimenticia (kg de dieta/kg de tilapia) x costo del alimento (USD $/kg de dieta). 2) Índice de rentabilidad económico (USD $/tilapia); EPI = [peso final (kg/tilapia) x precio de venta de tilapia (USD $/kg)] − [ECR (USD $/kg de tilapia) x incremento en peso (kg)].

Análisis de rentabilidad

Con el propósito de analizar la rentabilidad en términos de reducción de costos de un sistema productivo intensivo de juveniles de tilapia en condiciones de invernadero se utilizaron los criterios de ^{Perea-Román et al. (2018)} y ^{Phiri & Yuan (2018)} para establecer la relación beneficio/costo (B/C) de tres estrategias de alimentación con alimentos de diferente composición proteica al utilizar como fundamento teórico los parámetros productivos de O. niloticus determinados mediante el bioensayo experimental con un régimen de dietas con diferente relación proteína/energía. Este proceso se designó como análisis de línea base y se realizó utilizando los resultados del bioensayo de crecimiento respecto a la tasa de crecimiento óptima de O. niloticus para las condiciones de producción de Compostela, Nayarit, México.

Análisis de sensibilidad

Para determinar el efecto del costo total anual promedio definido en el sistema productivo con la mayor rentabilidad (línea base) se aplicó un análisis de sensibilidad a los ingresos marginales asumiendo los siguientes escenarios de producción con incrementos acumulados en las dos variables analizadas: (Caso 1) incremento del 10 % en la alimentación y 5 % en el precio de venta del producto; (Caso 2) incremento del 20 % en la alimentación y 5 % en el precio de venta del producto; (Caso 3) incremento del 30 % en la alimentación y 5 % en el precio de venta del producto; (Caso 4) incremento del 10 % en la alimentación y 10 % en el precio de venta del producto; (Caso 5) incremento del 20 % en la alimentación y 10 % en el precio de venta del producto; (Caso 6) incremento del 30 % en la alimentación y 10 % en el precio de venta del producto. Adicionalmente se determinó la relación B/C de cada escenario de producción para establecer conclusiones sobre la rentabilidad final de este estudio en un periodo de 5 años.

Calidad del agua y composición de la dieta

Los parámetros de calidad del agua de amonio, nitritos y nitratos presentaron valores de 0.12 ± 0.22 mg/L, 2.48 ± 1.78 mg/L y 86.67 ± 36.67 mg/L, respectivamente, lo que indicó una variabilidad alta en los nutrientes del agua a lo largo del experimento con presencia de valores nulos o muy bajos debido al proceso de conversión de los residuos nitrogenados en forma de amoníaco por las bacterias nitrificantes presentes en el filtro biológico, aunado a esto se registró una supervivencia del 100 % en todos los tratamientos. Estos valores se encuentran dentro de los estándares reportados en la literatura como adecuados para el cultivo de tilapia (^{Ridha & Cruz, 2001}). La composición de ingredientes de las dietas experimentales de crecimiento se presentan en la Tabla 1, los cuales tuvieron una relación P/E desde 18 a 21 kg/MJ lo cual se debió a la inclusión del 8 %, 12 %, 16 % y 20 % de lípidos, es decir, las dietas fueron isoproteicas (400 g/kg) pero no isoenergéticas con la finalidad de evaluar la hipótesis de la energía sobre el crecimiento en un diseño con y sin restricción de alimento.

Efecto de la dieta sobre las variables productivas de O. niloticus

Los parámetros zootécnicos de crecimiento y utilización del alimento se presentan en la Tabla 2. El contenido de energía del alimento es considerado como el mayor criterio para controlar la ingesta de alimento en los peces (^{Lupatsch et al., 2001}). En este estudio el nivel de la relación P/E del alimento no afectó el crecimiento de O. niloticus entre los diferentes tratamientos (p>0.05) bajo las condiciones evaluadas, lo cual se debe probablemente a que las dietas cubrieron el requerimiento de mantenimiento y crecimiento independientemente de la condición alimentaria. Los resultados indican que la menor ingesta de alimento se presentó con la dieta D8R (protocolo de alimentación con restricción del 30 %), consecuentemente la proteína consumida permitió optimizar los parámetros de conversión alimenticia y eficiencia proteica (p<0.05), por lo tanto este tratamiento se consideró como el óptimo para evaluarse en una siguiente etapa mediante un análisis de rentabilidad en el cultivo de juveniles de tilapia en respuesta a los indicadores biológicos registrados de tasa de crecimiento, coeficiente térmico de crecimiento, alimento total y proteína ingeridos y eficiencia alimenticia. De la misma forma los resultados obtenidos en los parámetros zootécnicos de este tratamiento se reflejaron en aumentos significativos en los índices de conversión económica del alimento y no se presentó un efecto negativo en el índice de rentabilidad económica en los diferentes tratamientos (p<0.05).

En la literatura se reportó que los niveles óptimos de la relación proteína digestible y energía digestible (DP/DE) determinados en función del tamaño de la tilapia presentan una variabilidad alta (^{Haidar et al., 2018}). Estas investigaciones cubren un amplio rango de DP/DE con niveles de 16.7 a 27 g/MJ, demostrando que al disminuir los valores de DP/DE se incrementa la eficiencia de utilización de la proteína en niveles de hasta 53 %. Uno de los factores que probablemente afectan esta relación es el uso de los lípidos el cual tiende a disminuir en función del incremento de la proteína y del tamaño del pez. En esta investigación, el crecimiento de los peces respecto a la relación P/E en la dieta no presentó diferencias significativas entre las diferentes dietas con y sin restricción de alimentación, evidenciando que no hay un efecto positivo en el mecanismo de ahorro de proteína para crecimiento en función del incremento del nivel de energía del alimento. El fenómeno de ahorro de proteína se ha estudiado en forma extensiva durante los últimos tres años en diferentes especies de peces dulceacuícolas y marinos (^{Jiang et al., 2016}; ^{Wu et al., 2016}; ^{Cheng et al., 2017}; ^{Francis & Turchini, 2017}; ^{Rasool et al., 2018}; ^{Weihe et al., 2018}). Este proceso indica que durante la etapa de crecimiento el pez manifiesta un ahorro de proteína para la formación de acreción muscular utilizando preferentemente lípidos y carbohidratos como fuentes de energía, tal como lo han demostrado las investigaciones de ^{Azevedo et al. (2002)} en dietas para el salmón del Atlántico (Salmo salar) con diferentes niveles de DP/DE (20, 18 y 20 g/MJ) suministradas en dos niveles de alimentación (100 % o 85 % de los requerimientos) y también como se documentó en los trabajos de ^{Jantrarotai et al. (1998)} realizado con alevines de un pez gato de agua dulce híbrido (Clarias macrocephalus x Clarias gariepinus) alimentados con dietas de diferentes niveles de proteína (20 %, 30 % y 40 %) y energía (275, 300 y 325 kcal de energía digestible/100 g). En el presente estudio a diferencia de los trabajos anteriores no se utilizaron dietas en un diseño con diferentes niveles de proteína, ya que se requería diseñar un modelo de crecimiento donde se encontrara la máxima tasa de crecimiento en función de la calidad nutrimental y energética de la dieta, y que este proceso permitiera el máximo valor del coeficiente térmico de crecimiento (TGC), por lo que se sugiere que este tipo de diseño influyó en que no se detectará el fenómeno de ahorro de proteína en referencia a los resultados encontrados en los trabajos citados. El TGC promedio determinado en este estudio fue de 11.44 y es comparable al reportado para Salmo salar (12.6 ± 0.08) por ^{Janssen et al. (2017)}; sin embargo, este valor es muy superior al reportado para la dorada española (Sparus aurata) por ^{Jauralde et al. (2011)} quienes registraron unidades térmicas acumuladas (ATUs) en rangos de 704‒1079 y valores del TGC de 0.066‒1.58 para diferentes experimentos en un periodo experimental entre 64 y 90 días, y a su vez con tasas de conversión de 1.3 a 2.75. Lo que se valora de estas comparaciones es que hay una relación directa entre el TGC y la tasa de alimentación, aspecto que es definido por ^{Janssen et al. (2017)} como “coeficiente térmico de consumo alimenticio” el cual es dependiente directamente del TGC, por lo cual la validez del modelo de crecimiento planteado se centra en la tasa de utilización del alimento por O. niloticus en función de las ATUs en un periodo de 45 días, y posteriormente la aplicación de este principio en el diseño planteado en el modelo anual y durante el periodo evaluado de cinco años (Tablas 2, 3 y 4) respectivamente.

Los modelos de crecimiento mediante ecuaciones logarítmicas en función de la temperatura óptima de crecimiento se han evaluado en tilapia por ^{Baras et al. (2002)}, también mediante ecuaciones de crecimiento diario con exponentes estandarizados según ^{Trọng et al. (2013)}, y últimamente por ^{Omasaki et al. (2017)} con registros de TGC de 1.30 en tilapias durante la fase de crecimiento de 5 g a 250 g en granjas de Kenia a una densidad de 3 peces/m². No obstante, de estos elementos actualmente no hay mucha información disponible en condiciones de cultivo intensivo para la región de América Latina, siendo necesario profundizar en estas determinaciones. Algunas investigaciones han determinado que la importancia del TGC en el modelo biológico radica en su simplicidad ya que es una condición limitante que afecta la producción (^{Janssen et al., 2017}).

El crecimiento compensatorio se define como una fase de crecimiento inusualmente rápido en la cual los animales están sujetos a una restricción nutricional parcial o completa, y la explotación de este fenómeno puede resultar en beneficios sobre la tasa de crecimiento y la eficiencia de la alimentación (^{Gabriel et al., 2018}). En peces como el barramundi (Lates calcarifer) hay evidencias de crecimiento compensatorio cuando fueron alimentados al 0 %, 25 %, 50 % y 75 % del nivel de saciedad aparente durante dos semanas antes de un periodo de cinco semanas de alimentación por saciedad en el cual hubo diferencias estadísticas significativas negativas en la cantidad de alimento consumido respecto al tratamiento control (^{Tian & Quin, 2003}). Este fenómeno se ha demostrado en la trucha arcoíris (Salmo gairdneri) (^{Dobson & Holmes, 1984}), en el bagre de canal (Ictalurus punctatus) (^{Gaylord & Gatlin, 2001}) y en la lobina europea (Dicentrarchus labrax) (^{Adakli & Taşbozan, 2015}), entre otros. El crecimiento compensatorio de la tilapia se ha puesto en evidencia en los trabajos de ^{Wang et al. (2000)} en híbridos Oreochromis mossambicus x O. niloticus con peso inicial de 4.34 ± 0.03 g en un experimento con duración de 8 semanas evidenciando que una semana de ayuno de los peces permite tener crecimientos similares al control. También se encontró una respuesta similar en peces con peso inicial de 8.9 ± 0.2 g sometidos a ayuno durante una semana y por un periodo de 12 semanas de realimentación (^{Abdel-Tawwab et al., 2008}). Más recientemente, la investigación de ^{Liu et al. (2018)} evaluaron un sistema de alimentación con una dieta baja en proteína (25 %) suministrada por 10 días en comparación con una dieta alta en proteína (35 %) por 20 días para O. niloticus de un peso inicial de 11.02 ± 0.05 g encontrando resultados similares al control. Los trabajos en otras especies de tilapias juveniles como O. mossambicus desarrollado por ^{Gabriel et al. (2017}; ²⁰¹⁸⁾ sugieren que la hiperfagia puede ser el principal contribuyente a las altas tasas de crecimiento durante el periodo compensatorio, y en los periodos de ayuno los resultados sugieren que los peces tienen un ajuste sobre la tasa metabólica. En resumen, de estas investigaciones se conoce que la tasa de crecimiento compensatorio de la tilapia puede mantenerse en forma similar a los peces alimentados a saciedad cuando se utiliza una tasa alimentaria constante con intervalos de alimentación suministrando dietas de alto nivel y bajo nivel de proteína.

Análisis de rentabilidad

El estudio de la línea base representada en la Tabla 2 se definió como el punto de partida del modelo biológico al modelo económico, en la cual se determinó que la conversión económica del alimento se incrementa en las dietas con alimentación a saciedad aparente encontrándose el mejor resultado en términos de utilización del alimento en la dieta D8R ya que obtuvo el valor más bajo (p<0.05).

Los análisis de rentabilidad mediante modelos de simulación en organismos acuáticos han sido abordados en el proceso de toma de decisiones para organismos como: el ostión del Norte (Argopecten purpuratus) para definir el modelo de engorda basándose en la talla de cosecha (^{Molina et al., 2012}); en la mojarra lambarí (Hyphessobrycon balbus) para analizar la viabilidad económica de la inversión mediante la tasa interna de retorno del proyecto con un análisis de viabilidad económica de cinco años (^{Sabbag et al., 2011}); en el salmón del Atlántico (Salmo salar) para su cultivo en ranchos marinos con otras especies como la trucha ártica (Salvelinus alpinus) y la langosta europea (Homarus gammarus) examinando tanto la base biológica como la económica utilizando el enfoque de la NPV sobre los costos de operación anuales (^{Moksness et al., 1998}); en el moi Hawaiano (Polydactylus sexfilis) para evaluar la factibilidad de su producción en jaulas mediante un análisis de sensibilidad con aumento de la densidad de producción, la tasa de supervivencia y la tasa de crecimiento (^{kam et al., 2003}) por describir algunos ejemplos. En O. niloticus sobresale la investigación de ^{Ponzoni et al. (2007)} en la cual se aplicó un modelado económico sobre la ganancia anual de rasgos genéticos de baja y alta heredabilidad de la tilapia sobre los parámetros peso de cosecha, supervivencia y alimento consumido aplicando al modelo una tasa de descuento de 5 % al 15 %, encontrando beneficios positivos sobre la relación beneficio/costo hasta del 75 % respecto a la condición basal aun en el nivel superior. También destaca el trabajo de ^{Perea-Román et al. (2018)} en donde se valoró económicamente la utilización de ensilaje químico de vísceras de trucha en niveles de 10 %, 20 % y 30 % en dietas para tilapia roja, destacando que al aumentar la inclusión de ensilaje el costo del alimento se reduce significativamente hasta un 22.97 %

El análisis de sensibilidad muestra que para cada escenario de cultivo se determinan efectos en la productividad en función de la reducción de los costos de producción (Tabla 4). Sin embargo, la reducción de rentabilidad más significativa se observa cuando los escenarios de producción precio de venta de 5‒10 % y costo de alimentación de 10‒30 % se combinan, en los cuales la relación B/C fluctúa entre 1.2 y 1.4, teniendo una tendencia a disminuir la rentabilidad cuando aumenta el precio de alimento en el nivel más alto estimado (30 %) sobre los costos de producción. El análisis de rentabilidad por ciclo anual (Tabla 3) indica que hay variaciones en los porcentajes de la biomasa obtenida, en la ganancia marginal total, en la relación B/C, en la producción de equilibrio y en la ganancia bruta a favor de la estrategia de alimentación C (3H:2L). Esta tendencia está bien documentada en la literatura, al respecto destaca la revisión realizada por ^{Ali et al. (2003)} en donde se hace una revisión profunda del por qué los animales crecen a tasas por debajo de su capacidad fisiológica. Estos elementos son el fundamento del proceso de selección de las variables estudiadas en el bioensayo de crecimiento y en las evaluaciones de rentabilidad del cultivo de O. niloticus desarrollado en los modelos de las Tablas 2, 3 y 4 respectivamente.

Los modelos de análisis tradicional del NPV se centran en la rentabilidad de una determinada unidad de negocios, mientras que un análisis del beneficio/costo tiene un alcance mucho más amplio. La relación B/C es un indicador común que se utilizan en la elaboración de presupuestos de capital para determinar la rentabilidad de una propuesta de inversión, por lo tanto, una inversión es rentable si la relación B/C es mayor que 1 (^{Phiri & Xuan, 2018}). En este sentido los resultados de los análisis de rentabilidad (Tabla 4) presentan valores positivos, los cuales permiten establecer un costo de producción por tonelada de $ 2.13 miles de dólares, además una ganancia bruta por tonelada de biomasa de $ 0.94 miles de dólares estableciendo como se determinó en la línea base del cálculo con un precio de $ 2.24 dólares/kg de tilapia producido. Este margen de utilidad se ve modificado positivamente y negativamente en las proyecciones de los escenarios 1 al 6 (recuadro de la Tabla 4), a pesar de ello, se determinaron utilidades teóricas para la ganancia bruta por tonelada entre $ 0.80 y $ 1.16 miles de dólares considerando que hubo incrementos de $2.23 a $ 2.43 miles de dólares en los costos de producción de la biomasa. Estos resultados podrían ser positivos desde un punto de vista biológico en base al análisis de la relación beneficio/costo ya que por cada dólar invertido se tendrían utilidades incrementales entre un 20 % y 40 %. Hasta nuestro conocimiento, este es el primer estudio enfocado en determinar el beneficio/costo de la producción intensiva de juveniles en invernadero desde un punto de vista biológico. Sin embargo, se requiere un análisis más profundo que involucren aspectos como costos ambientales, valor agregado, estrategias de alimentación, tipos de bioflocs y sistemas acuapónicos como modelos sustentables.