¿Qué es la Acuapónia?
¿Qué es la Acuapónia?
By Jose Fierro - 9 mayo, 2018

Acuaponía

Se conoce como acuaponía al sistema de producción sostenible de plantas y peces que combina la acuicultura tradicional, que es la cría de animales acuáticos como peces, cangrejos de río y camarones; con la hidroponía, cultivo de plantas en agua en un medioambiente simbiótico. En acuicultura, las secreciones de los animales cultivados pueden acumularse en el agua, aumentando su toxicidad; por el contrario, en un sistema de acuaponía, el agua de la acuicultura, que aquí funciona como un subsistema, alimenta al sistema hidropónico, en el que los desechos son descompuestos en nitritos y posteriormente en nitratos por las bacterias de nitrificación. Estos nitratos son utilizados luego por las plantas como nutrientes, por lo que es posible que el agua retorne al subsistema de acuicultura. Por tanto, la acuaponía resulta adecuada para pequeños productores agrícolas con miras a aprovechar los mercados locales y el agroturismo.1

La producción en cultivos acuapónicos puede reducir la lixiviación, la escorrentía y las descargas de agua residuales al medio ambiente, a través de la reutilización de dichos efluentes cargados de minerales, procedentes de la acuicultura y de los subsistemas hidropónicos. Diseñar y administrar los sistemas de producción agrícola que reduzcan los desechos de agua y minerales al medio ambiente protege la calidad del agua subterránea, hace que el agua de uso agrícola sea más fácil de obtener, y ayuda a las empresas agrícolas a mantener la sostenibilidad a largo plazo. Estos diseños también reducen las inquietudes acerca de la descarga de desperdicios en las zonas costeras, que podrían contribuir a la proliferación de algas nocivas.

Tres organismos están involucrados en el rendimiento óptimo de los sistemas acuapónicos: plantas, peces y bacterias nitrificadoras. Las plantas y los peces son cultivos comerciales, mientras que las bacterias nitrificantes juegan un papel importante en la biofiltración, convirtiendo los desechos tóxicos de amoníaco de los peces en nitrato nitrogenado, uno de los nutrientes minerales más importantes requeridos por las plantas.

La acuaponía es el cultivo combinado de peces y plantas en sistemas de recirculación. Nutrientes, que son excretados directamente por los peces o generados por la descomposición microbiana de residuos orgánicos, son absorbidos por las plantas cultivadas hidropónicamente (sin suelo), por lo que el alimento para los peces proporciona la mayor parte de los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas. A medida que el efluente de la acuicultura fluye a través del componente hidropónico del sistema de recirculación, los metabolitos de desecho de pescado se eliminan mediante la nitrificación y la absorción directa por las plantas, tratando de este modo el agua, que fluye de nuevo al componente de cría de peces para su reutilización.

Los sistemas acuapónicos varían en tamaño, desde pequeñas unidades interiores o exteriores hasta grandes unidades comerciales que utilizan la misma tecnología. Los sistemas comúnmente contienen agua dulce, pero también son factibles los sistemas de agua salada, dependiendo del tipo de animal acuático y del tipo de plantas involucradas La ciencia de la acuaponía se encuentra aún en una etapa temprana de desarrollo.

Función

La acuaponía consta de dos componentes principales: la acuicultura, correspondiente a la crianza de animales acuáticos, y la hidroponía, mediante el cual se lleva a cabo el cultivo de plantas. Los residuos acuáticos, como resultado de alimentos no consumidos o la crianza de animales como peces, se acumulan en el agua debido al sistema de recirculación cerrada de la mayoría de los sistemas de acuicultura. El agua rica en desechos, en altas concentraciones, se vuelve tóxica para los animales acuáticos, pero contiene nutrientes esenciales para el crecimiento vegetal.​ Aunque primordialmente consisten de estas dos partes, los sistemas de acuaponía suelen agruparse en varios componentes o subsistemas responsables de la eliminación eficaz de los residuos sólidos, la incorporación de bases para neutralizar los ácidos o el mantenimiento de la oxigenación del agua. Los componentes típicos incluyen:

Tanque de crianza: el tanque donde crecen y se alimentan los peces;

Bandejas de sedimentación: una unidad que recoge los alimentos no consumidos y biofilminas desprendidas, y las partículas finas sedimentadas;

Biofiltro: un lugar donde la bacteria de nitrificación puede crecer y convertir amoníaco en nitratos, que son usados por las plantas;

Subsistemas hidropónicos: la parte del sistema donde las plantas crecen absorbiendo el exceso de nutrientes del agua;

Sump: el punto más bajo del sistema donde el agua fluye y es bombeado de regreso a los tanques de crianza.

Dependiendo en la sofisticación y costo del sistema acuapónico, las unidades de remoción de sólidos, la biofiltración, y/o los subsistemas hidropónicos puede que sean combinados en una unidad o subsistema, lo que evita que el agua fluya directamente de la sección de acuicultura a la sección del sistema de hidroponía.

Nitrificación

La nitrificación, la conversión aeróbica de amoníaco a nitratos, es una de las funciones más importantes en un sistema de acuaponía, ya que reduce la toxicidad del agua para los peces, y permite que los compuestos de nitrato resultantes sean eliminados por las plantas para su nutrición. El amoníaco es desprendido constantemente en el agua por excreción y branquias del pez como un producto de su metabolismo, pero la mayoría debe ser filtrado del agua puesto que grandes concentraciones de amoníaco (comúnmente entre 0.5 y 1 ppm) pueden matar al pez. Aunque las plantas, hasta cierto grado, pueden absorber amoníaco del agua los nitratos son más fácilmente asimilados, así eficazmente reduciendo la toxicidad del agua para los peces.El amoníaco puede ser convertido en otros componentes nitrógenos a través de poblaciones saludables de:

Nitrosomonas: bacteria que convierte amoníaco en nitritos, y

Nitrobacteria: bacteria que convierte nitritos en nitratos.

En un sistema de acuaponía, la bacteria responsable de este proceso forma una biopelícula en todas las superficies sólidas que estén en constante contacto con el agua. Las raíces sumergidas de los vegetales combinadas tienen un área grande de superficie, permitiendo que muchas bacterias se acumulen ahí. Juntos con la salinidad del amoníaco y los nitratos del agua, el área de la superficie determina la velocidad con la que la nitrificación se lleva a cabo. El cuidado de estas colonias de bacterias es importante para regular la asimilación completa de amoníaco y nitrato. Es por esto que la mayoría de los sistemas de acuaponía incluye una unidad de biofiltración, que ayuda a facilitar el crecimiento de estos microorganismos. Típicamente, después de que un sistema haya estabilizado los niveles de amoníaco en un rango entre 0.25 a 2.0 ppm; el rango del nivel de nitrato entre 0.25 a 1 ppm, y niveles de nitrato entre 2 a 150 ppm. Puede que durante la iniciación del sistema, la presencia de mayores concentraciones en los niveles de amoníaco (hasta 6.0 ppm) y de nitrato (hasta 15ppm) ocurra, con los niveles de nitrato alcanzando posteriormente durante la fase de inicio. Puesto que el proceso de nitrificación acidifica el agua, bases no-sódicas como lo es el hidróxido de potasio ó el hidróxido de calcio pueden ser añadidas para neutralizar el pH del agua si es que cantidades insuficientes están presentes en el agua para proveer un colchón contra la acidificación. Además, nutrientes y minerales selectos como lo es el hierro pueden ser añadidos en suma a los desechos de los peces que sirve como la principal fuente de nutrición a las plantas. Una buena forma de tratar la acumulación de sólidos en la acuaponía es el empleo de lombrices, pues licuifican la materia orgánica sólida para que pueda ser utilizada por las plantas y/o animales.

Subsistemas hidropónicos

Las plantas son cultivadas como en sistemas hidropónicos con sus raíces inmersas en el agua afluente que está llena de nutrientes. Esto les permite filtrar el amoníaco que es tóxico para los animales acuáticos o sus metabolitos. Después de que el agua ha pasado por el subsistema hidropónico, se limpia, oxigena y puede regresar a los vasos acuicultores en un ciclo es continuo. Las aplicaciones acuapónicas comunes de sistemas hidropónicos incluyen:

Balsa acuapónica de aguas más profundas: balsas de poliestireno extruido flotan en agua para acuicultura relativamente profunda.

Acuaponía recirculante: material sólido como lo es la grava o pedacitos de barro contenidos en un recipiente que es inundado con agua de la acuicultura. Este tipo de acuaponía también se le conoce como «acuaponía de circuito cerrado».

Acuaponía recíproca: la materia sólida en un contenedor que es alternamente inundado y vaciado utilizando diferentes tipos de sifones de desagüe. Este tipo de acuaponía también es conocido como «acuaponía de inundación y drenaje» o «acuaponía de flujo y reflujo».

Otros sistemas usan torres que alimentan en una forma vertical, de arriba a abajo, canales de película nutriente, tubería plástica (PVC) horizontal con hoyos para las macetas, barriles plásticos cortados a la mitad con gravas o con balsas. Cada forma tiene sus propios beneficios.​

La mayoría de los vegetales de hoja verde crecen bien en subsistemas hidropónicos, aunque variedades de col china, lechuga, jitomates, ocra, melón y pimiento reditúan más. Otras especies de vegetales que crecen bien en un sistema de acuaponía incluyen: frijoles, chícharos, rábano, fresas, cebollas y hierbas. [cita requerida] Ya que las plantas en diferentes etapas de su crecimiento requieren de diferentes minerales y nutrientes, la cosecha de plantas es intercalada con crecidos/cultivos tiernos al mismo tiempo que plantas maduras. Con esto se asegura de que haya un contenido estable de nutrientes en el agua por la continua limpieza simbiótica de toxinas del agua.

Sistemas de acuicultura

Los peces de agua dulce son los animales acuáticos que comúnmente se crían utilizando acuaponía, aunque también pueden emplearse cangrejos de río y langostinos.​ En la práctica, la tilapia es el pez más popular para proyectos caseros y comerciales para el consumo alimenticio, aunque también se usa el barramundi, perca plateada Bidyanus bidyanus, Tandanus tandanus o el pez gato tandanus (siluriformes), perca jade y Maccullochella peelii peelii (Murray cod) también se usan. Para climas templados cuando no hay necesidad de mantener la temperatura del agua, el Lepomis macrochirus (bluegill) y el pez gato​ son buenas opciones para un sistema casero.

Operaciones normales

Los sistemas acuapónicos generalmente no descargan o intercambian agua bajo operaciones normales, pero en lugar, recirculan y reutilizan el agua muy eficazmente. El sistema se apoya en la relación entre los animales y las plantas para mantener un medio ambiente acuático estable que tenga una fluctuación mínima en niveles de oxígeno y nutrientes. Se añade agua solo para rellenar la pérdida de agua a causa de la absorción y transpiración de las plantas, la evaporación del agua superficial, el desbordamiento del sistema a causa de la lluvia y la remoción de biomasa como es el desecho sólido del sistema. Como resultado, la acuaponía utiliza aproximadamente 2% del agua que una granja convencional requiere para irrigar la misma producción de vegetales.Esto permite la producción acuapónica de ambas: cosecha y pescado en áreas donde el agua ó tierra fértil son escasas. Los sistemas acuapónicos también pueden ser usados para replicar las condiciones controladas de tierras aguadas (wetland) que son útiles para tratamiento de agua al reclamar el agua potable del agua de desecho común de casa El agua llena de nutrientes que se derrame puede ser acumulada en tanques receptores y reutilizada para acelerar el crecimiento de la hortaliza plantada, o puede ser bombeada de regreso al sistema acuapónico para rellenar a tope el nivel de agua.

Las tres entradas principales al sistema son: agua, alimentación dada a los animales acuáticos, la electricidad para bombear el agua entre los subsistemas de acuicultura y los sistemas de hidroponía. Se puede añadir freza para reemplazar los peces ya crecidos que van a ser sacados del sistema para mantenerlo estable. En términos de resultados, un sistema acuapónico ha de brindar continuamente plantas como vegetales crecidos en hidroponía y especies de animales acuáticos comestibles criados en acuicultura.

Acuaponía: Un sistema de producción integrado

Acuaponía, el cultivo combinado de animales acuáticos y plantas en sistemas circulatorios, se ha vuelto cada vez más popular. Son sistemas de recirculación acuícola que incorporan la producción de plantas sin necesidad de tierra. Los sistemas de recirculación acuícola están diseñados para producir grandes cantidades de animales acuáticos en relativamente pequeños volúmenes de agua, la que es tratada con el fin de eliminar los tóxicos producto de desechos para luego ser reutilizada.

En el proceso de reutilización del agua, muchas veces se acumulan nutrientes no tóxicos y materia orgánica. Estos subproductos metabólicos no tienen por qué ser desechados si se canalizan hacia cultivos secundarios que tienen valor económico o que de alguna manera benefician el sistema primario de producción de peces. Los sistemas que cosechan otros cultivos a partir del uso de subproductos provenientes de los cultivos primarios se denominan sistemas integrados. Si los cultivos secundarios son plantas acuáticas o terrestres cultivadas en combinación con animales acuáticos, este sistema integrado se conoce como sistema hidropónico.

Las plantas crecen rápidamente a partir de los nutrientes disueltos, excretados directamente por los peces o que se generan a partir de la descomposición microbiana de los desechos de la fauna acuática. En los sistemas de recirculación cerrados con muy poco cambio diario de agua (menos de 2 por ciento), se acumulan nutrientes disueltos en concentraciones similares a las de las soluciones de nutrientes hidropónicos. El nitrógeno disuelto, en particular, puede darse a niveles muy altos en sistemas de recirculación. Los peces excretan nitrógeno residual, en forma de amoníaco, directamente en el agua a través de sus branquias. Las bacterias convierten el amoníaco en nitrito y después en nitrato.10 El amoníaco y el nitrito son tóxicos para los peces, pero el nitrato es relativamente inofensivo y es la forma preferida de nitrogenar los cultivos de plantas superiores tales como las hortalizas de fruto.

Los sistemas de acuaponía ofrecen varias ventajas. Los nutrientes de desecho disueltos son recuperados por las plantas, reduciendo su descarga al medio ambiente y extendiendo el uso del agua (es decir que, mediante la eliminación de los nutrientes disueltos a través de su captación por las plantas, se puede reducir la tasa de interacción hídrica). Al disminuir la tasa de interacción hídrica también se reducen los costos de operación de los sistemas de acuaponía en climas áridos e invernaderos con calefacción donde el agua o incremento de su temperatura representan un gasto significativo. Tener un cultivo vegetal alterno que obtiene sin costo la mayoría de sus nutrientes requeridos incrementa las potenciales ganancias de un sistema. La aplicación diaria de alimento para peces proporciona un suministro constante de nutrientes para las plantas y por lo tanto elimina la necesidad de desechar y reemplazar la reducción de soluciones de nutrientes o ajustarlas como sucede en hidroponía. Las plantas absorben los nutrientes del agua de cultivo y eliminan la necesidad de instalar por separado biofiltros que son caros. Los sistemas de acuaponía requieren mucho menos control de la calidad del agua que los sistemas de acuicultura hidropónica o de recirculación por separado. Los ahorros también se logran si se comparten los costos operativos y de infraestructura, tales como bombas, depósitos, calentadores y sistemas de alarma. Además, la intensiva producción integrada de peces y plantas requiere menos tierra que los estanques y jardines. Los sistemas de acuaponía requieren una gran inversión de capital, insumos energéticos moderados y manejo especializado. Nichos de mercado pueden ser necesarios para lograr rentabilidad.

Diseño del sistema

El diseño de los sistemas de acuaponía es muy similar al de los de recirculación en general, con la adición de un componente hidropónico y a veces la posible eliminación de un biofiltro independiente y de unos dispositivos (fraccionadores de espuma) para la eliminación de sedimentos sólidos y en suspensión. Los sedimentos sólidos y la materia orgánica en suspensión, en general, no logran llegar a niveles que requieran fraccionamiento de espuma si los sistemas de acuaponía guardan la proporción de diseño recomendada. Los elementos esenciales de un sistema de acuaponía son la pecera de reproducción, un componente de eliminación de sedimentos sólidos y en suspensión, un biofiltro, un componente hidropónico, y un sumidero.

El desecho de la pecera de reproducción es tratado primero para reducir la materia orgánica en forma de suspensión y de sedimentos sólidos. Posteriormente, el agua de cultivo es tratada para eliminar el amoníaco y el nitrato en un biofiltro. Luego, el agua fluye a través de la unidad hidropónica donde algunos nutrientes disueltos son absorbidos por las plantas. El amoníaco adicional y el nitrito son eliminados por bacterias que crecen a los lados del tanque y en la parte inferior de las hojas de poliestireno (es decir, en la película fija de nitrificación). Finalmente, el agua se deposita en un reservorio (receptor) para devolverla al tanque de cultivo. La ubicación del receptor puede variar. Si las cubetas hidropónicas se colocan por encima del receptor, este puede ser localizado después del biofiltro y el agua se bombea hasta las cubetas y devuelta por gravedad al tanque de cultivo de peces.

El sistema puede ser diseñado de manera que una parte del flujo se desvíe hacia una unidad separada de tratamiento. Por ejemplo, un pequeño flujo de corriente lateral puede ir a un recipiente hidropónico después de eliminar los sólidos, mientras que la mayor parte del agua pase a través de un biofiltro y vuelva al tanque de cultivo.

El biofiltro y los componentes hidropónicos pueden combinarse mediante el uso de sustratos de sujeción de plantas tales como la grava o la arena que también funcionan como biofiltros. La hidroponía flotante, que consiste en láminas de poliestireno y ollas de rejilla flotantes para sujetar la planta, también pueden proporcionar suficiente biofiltración si el área de producción de la planta es lo suficientemente grande. La combinación de biofiltración e hidroponía es una meta deseable porque la eliminación del costo de un biofiltro por separado es una de las principales ventajas de la acuaponía. Un diseño alternativo combina la eliminación de sólidos, la biofiltración y la hidroponía en una unidad. Los medios de sujeción hidropónicos (gravilla o arena gruesa) retienen los sólidos y proporciona una superficie de nitrificación a base de una película de fijación, aunque con este diseño es importante no sobrecargar la unidad con sólidos en suspensión.