El hierro (Fe) es el elemento o metal más abundante en la corteza terrestre y un elemento esencial para la vida. Sin embargo, los niveles elevados en el agua, por actividades antropogénicas o de origen natural, pueden causar efectos adversos en los animales acuáticos. Los efectos adversos incluyen daño oxidativo a varios órganos y daño físico a las branquias.
A pesar de los efectos generalizados y potencialmente dañinos del hierro elevado, está designado como un contaminante no prioritario en los EE. UU., con un índice de calidad del agua por debajo de 1.0 mg por litro. Esta recomendación se basa en observaciones de campo de uno solo sitio contaminado con hierro en el Estado de Colorado (EE. UU.) a mediados de la década de 1970. De hecho, el hierro se considera un «contaminante secundario», lo que significa que no se considera peligroso y solo afecta la estética / sabor del agua. Sin embargo, el hierro tiene cinco estados de oxidación (a saber, Fe2+, Fe3+, Fe4+, Fe5+ y Fe6+, según la cantidad de electrones que se pierden) que difieren en la toxicidad.
La abundancia de cada especie de Fe se rige por el pH y el potencial redox (Fig. 1).
En aguas subterráneas o pozos, el hierro ferroso (Fe2+; soluble en agua) y el hierro férrico (Fe3+; estado insoluble/oxidado en agua) son los más comunes, ya que este tipo de aguas tienen poco o nada de oxígeno disuelto y, por lo tanto, contiene más hierro ferroso, que tiene una mayor toxicidad para los animales acuáticos.
Este metal puede causar daño oxidativo, y típicamente los peces jóvenes son más sensibles a la exposición al hierro, que el bagre o los salmónidos.
Problemas potenciales
Debido a que el hierro ferroso se disuelve en el agua y, por lo tanto, es transparente e incoloro, puede no ser evidente que el hierro pueda ser un problema en una piscicultura. Por otro lado, el hierro oxidado, en forma de óxido férrico, es menos tóxico, provoca una coloración de óxido en el agua y se elimina más fácilmente por medios físicos.
La acción tóxica del óxido férrico está más relacionada con la asfixia de los huevos en las incubadoras o la obstrucción de las branquias que reducen el intercambio de gases. En áreas de alto contenido de hierro disuelto, es común que los piscicultores oxiden iones ferrosos en hierro férrico a través de torres que crean turbulencia y oxidan el metal (un ejemplo en la Fig. 2). A esto le puede seguir la filtración del agua mediante filtros de arena y tanques de sedimentación que atrapan y posteriormente eliminan el hierro mediante lavado a contracorriente (Fig. 3). En algunas plantas de incubación, los filtros de micrones se utilizan para minimizar las cargas de hierro, pero requieren un lavado rutinario de los filtros (Fig. 4). Estos pasos pueden ser muy efectivos para reducir el hierro del agua de pozo desde concentraciones de más de 50 mg por litro a menos de 0.001 mg por litro, como hemos medido en nuestro laboratorio.
El hierro también se puede oxidar químicamente con arena verde de manganeso, permanganato de potasio e hipoclorito de sodio. Sin embargo, existen algunas limitaciones que incluyen ser menos factible en sistemas a gran escala y también pueden presentar algunos problemas de toxicidad para los animales acuáticos. En los estanques de acuicultura, los precipitados de Fe3+ pueden reducirse (ganar un electrón) en Fe2+si los sedimentos se vuelven anóxicos (Fig. 5), lo que lleva a una coloración más oscura de los sedimentos.
El hierro también puede ser beneficioso al mitigar la toxicidad del sulfuro de hidrógeno (producido por bacterias anaeróbicas) al precipitarlo en sulfuro férrico insoluble (pirita de hierro). La bioturbación [reelaboración de sedimentos y suelos por actividad animal o plantas], agitación, circulación y resuspensión física difunden el Fe2+ del sedimento a la columna de agua, donde se oxida de nuevo a Fe3+ (Fig. 5)
Métodos de mitigación adicionales
La bentonita, que es una arcilla natural de bajo costo y disponible en abundancia (Al2O34SiO2nH2O) puede unirse al hierro y así anular su toxicidad. De hecho, la bentonita tiene una capacidad de unión a metales pesados sustancialmente mayor que el carbón activado, además de ser 20 veces más barata. La investigación en nuestros laboratorios demostró recientemente que la aplicación de bentonita de 0,2 a 0,4 g/L en agua puede aliviar eficazmente los niveles de hierro que, de otro modo, serían tóxicos para el bagre.
Curiosamente, los acuicultores de Arkansas han creado quelato de hierro in situ al agregar citrato de sodio (Fig. 6) que se utilizó en su sistema acuapónico. Por lo tanto, convirtieron el hierro ferroso del sistema de agua de cultivo de peces en una forma más biodisponible para las plantas. Un posible inconveniente es la vida útil más corta de esta solución que los productos comerciales, pero el EDTA [ácido etilendiaminotetraacético, un químico que se une y retiene (quela) varios minerales y metales] puede ser una mejor opción. Se están realizando investigaciones para evaluar la eficacia del quelato de hierro “casero” en un sistema acuapónico.
Los tratamientos de agua para eliminar el hierro en sistemas de estanques grandes son en gran parte inviables; por lo tanto, un enfoque dietético puede resultar más económico. Tanto el citrato de sodio como las bentonitas también se reconocen generalmente como aditivos alimentarios seguros (GRAS) para mamíferos y peces. Nuestros laboratorios han documentado que la bentonita dietética (2,0% y 2,5% para la trucha arcoíris y el bagre de canal, respectivamente) redujo la acumulación de hierro debido a sus propiedades quelantes. Además, la vitamina C de la dieta, que es un eliminador de radicales libres [una vitamina, mineral o enzima que puede neutralizar los radicales libres], puede proteger contra la lesión oxidativa inducida por el hierro en el hígado y las branquias del bagre (a 143 o 573 mg/kg en la dieta) (Fig.7). Otros agentes quelantes, como ácidos húmicos, ácido cítrico, ácido nitrilotriacético y deferoxamina [DFOA, también conocida como desferrioxamina], tienen mayores afinidades de unión por el hierro, pero su eficacia y seguridad aún no se han probado en el contexto de la acuicultura.
Perspectivas
El hierro no se suele citar como un problema en la mayoría de las operaciones de acuicultura, pero puede ser un problema grave en los criaderos que dependen del agua de pozo. En esta situación, es recomendable que los acuicultores realicen pruebas de hierro, especialmente porque el hierro disuelto es incoloro y es más tóxico para los animales acuáticos jóvenes. La oxidación y la filtración mecánica pueden ser muy eficaces en sistemas a pequeña escala. Más allá del criadero y a mayor escala, como en las operaciones de engorda en tierra, los suplementos dietéticos pueden ser más factibles para protegerse contra la toxicidad del hierro ferroso.
Fuente: El texto y las imágenes extraídos y traducidas del artículo original publicado en Global Aquaculture Advocate «Implications of excessive water iron to fish health and some mitigation strategies» por
