La acuaponia ( latín aqua - agua, griego πόνος - trabajo) es una forma de agricultura de alta tecnología que combina la acuicultura (criar animales acuáticos) y la hidroponía (cultivar plantas sin suelo ).
La acuaponia es un ecosistema artificial en el que son fundamentales tres tipos de organismos vivos: animales acuáticos (normalmente peces ), plantas y bacterias . Esta tecnología es respetuosa con el medio ambiente. Funciona según el principio de un ecosistema de peces y plantas: los peces proporcionan alimento para las plantas y las plantas purifican el agua. La esencia del método es el uso de productos de desecho de animales acuáticos (peces, camarones ) como medio nutritivo para las plantas. Los animales acuáticos emiten productos de desecho que son tóxicos para ellos mismos: nitrógeno, potasio , compuestos de fósforo, dióxido de carbono . La acumulación de estas sustancias en el agua es un problema importante tanto en la acuicultura industrial de interior como en el acuario simple . Estas mismas sustancias son absolutamente esenciales en hidroponía y se agregan al agua para hacer soluciones nutritivas para las plantas. En acuaponia, este problema se resuelve por sí solo: los productos de desecho de los peces son utilizados por bacterias y plantas.
La acuaponia tiene raíces milenarias, aunque existen varias variantes de su origen:
El término "acuaponia" apareció no hace mucho tiempo, sin embargo, la gente ha aprendido a utilizar las ventajas obvias del cultivo conjunto de plantas y peces desde la antigüedad.
El rápido desarrollo de la acuicultura y, especialmente, la hidroponía en el siglo XX condujo a la comprensión científica de la acuaponia.
Los sistemas flotantes de acuaponía en estanques de peces multiculturales se han instalado en los últimos años en China para el cultivo a gran escala de arroz , trigo , caña y otros cultivos [10] , estas instalaciones superan los 2,5 acres (10.000 m 2 ) de superficie [11] .
El desarrollo de la acuaponía moderna se ha atribuido a una variedad de trabajos del New Alchemy Institute y el Dr. Mark McMurtry y otros en la Universidad Estatal de Carolina del Norte [12] . Inspirados por el éxito del New Alchemy Institute y las técnicas de acuaponia de pistón desarrolladas por el Dr. Mark McMurtry et al., otros institutos pronto siguieron su ejemplo. Desde 1997, el Dr. James Rakosi y sus colegas de la Universidad de las Islas Vírgenes han investigado y desarrollado el uso de cultivos en aguas profundas en camas de cultivo hidropónico en un sistema acuapónico a gran escala [9] .
La primera investigación de acuaponía en Canadá fue un pequeño sistema agregado a la acuicultura existente en una estación de investigación en Lethbridge , Alberta . Vieron el crecimiento de las instalaciones de acuaponia a lo largo de los años 90, predominantemente en forma de instalaciones generadoras de ingresos que aumentaron el rendimiento de cultivos de alto valor como la trucha y la lechuga . La instalación se basa en un sistema de aguas profundas desarrollado en la Universidad de las Islas Vírgenes y construido en un invernadero en Brooks , Alberta, donde el Dr. Nick Savidov y sus colegas exploraron la acuaponía en el contexto de las ciencias agrícolas. El equipo recibió datos sobre el rápido crecimiento de raíces en sistemas acuapónicos y el cierre del ciclo de desechos; encontró que debido a ciertas ventajas en el sistema, en comparación con la acuicultura tradicional, el sistema puede funcionar bien a un nivel de pH bajo , lo que es favorable para las plantas, pero no para los peces.
Los sistemas acuapónicos no son inferiores en rendimiento ni a la hidroponía ni a la acuicultura. El investigador canadiense Nick Savidov sugirió que el entorno microbiológico especial formado en los sistemas acuapónicos permite mayores rendimientos que en la hidroponía tradicional [13] . Lo más efectivo en acuaponia es el cultivo de vegetación , plántulas de plantas ornamentales y, a partir de peces, se cultivan con mayor frecuencia tilapia , bagre y carpa .
El principal problema de la acuaponia es el equilibrio exacto de las diferentes, pero interdependientes, características del agua: el entorno de vida de los animales, las plantas y las bacterias. La temperatura del agua está determinada principalmente por las necesidades de las plantas. Las plantas cultivadas en acuaponía requieren agua tibia, por lo que los animales termófilos se utilizan en acuaponía. El costo de mantener la temperatura y la iluminación requeridas es una seria limitación para el desarrollo de la acuaponía, incluso en un clima templado (la hidroponía y la acuicultura enfrentan las mismas dificultades).
La acuaponia consta de dos partes principales: la acuicultura, para el cultivo de animales acuáticos, y la hidroponía, para el cultivo de plantas [14] [15] .
Las aguas residuales de alimentos poco consumidos o de animales de granja, como los peces, se acumulan en el agua debido a la circulación cerrada en la mayoría de los sistemas acuícolas. El agua rica en efluentes se vuelve tóxica para los animales acuáticos en altas concentraciones, pero al mismo tiempo contiene los nutrientes necesarios para el crecimiento de las plantas [14] . Aunque la acuaponia consta principalmente de estas dos partes, los sistemas acuapónicos suelen agruparse en varios componentes o subsistemas responsables de la eliminación eficiente de los desechos, la adición de una base para neutralizar los ácidos o enriquecer el agua con oxígeno [14] . Los componentes típicos incluyen:
Dependiendo de la complejidad y el costo del sistema acuapónico, los contenedores de desechos, los biofiltros y/o los subsistemas hidropónicos se pueden combinar en una sección o subsistema [14] que no permite que el agua fluya desde la parte de acuicultura del sistema a la parte hidropónica. La acuaponia permite reducir significativamente, y en algunos casos reducir a cero, el vertido de aguas residuales.
Las plantas se cultivan en sistemas hidropónicos donde sus raíces se sumergen en aguas residuales ricas en nutrientes. Esto les permite filtrar el amoníaco, que es tóxico para los animales acuáticos, o sus metabolitos. Después de que el agua pasa por el subsistema hidropónico, se limpia y oxigena y puede devolverse a los tanques de acuicultura. Este ciclo es continuo. Los requisitos generales para los sistemas hidropónicos en acuaponia incluyen:
Cada método tiene sus propias ventajas [16] .
La mayoría de los vegetales de hojas verdes crecen bien en sistemas hidropónicos, como el bok choy , la lechuga , la albahaca , los escaramujos , los tomates , la okra , el melón y los pimientos [15] . Otros tipos de vegetales que crecen bien en un sistema acuapónico incluyen frijoles , guisantes , colinabo , berros , taro , rábano , fresas , calabaza , cebolla , nabo , chirivía , batata y verduras . Dado que las plantas en diferentes etapas de crecimiento requieren diferentes cantidades de minerales y nutrientes, el cultivo se cosecha en un patrón de tablero de ajedrez: mientras se siembran algunas partes, las plantas ya están madurando en otras. Esto asegura un contenido estable de nutrientes en el agua debido a la constante purificación simbiótica del agua de toxinas [17] .
Los peces de agua dulce son uno de los animales acuáticos más comunes cultivados mediante acuaponia, aunque ocasionalmente también se utilizan cangrejos de río y camarones de agua dulce [18] . En la práctica, se ha descubierto que la tilapia es la más popular para proyectos de peces comestibles domésticos y comerciales, aunque también se utilizan barramundi , lubina plateada , anguila común de agua dulce, lubina de jade y bacalao Murray 15] . Para climas templados donde no es posible o deseable mantener la temperatura del agua, las agallas azules y los bagres son las especies de peces más adecuadas para los sistemas acuapónicos domésticos. Los koi y los peces dorados también se pueden usar en sistemas acuapónicos si los peces del sistema no deben ser comestibles.
Una limitación específica para el desarrollo de la acuaponía es la necesidad de combinar una competencia igualmente alta tanto en hidroponía como en piscicultura.
La respiración, la nutrición adecuada de los peces y la desnitrificación requieren una cantidad suficiente de oxígeno disuelto en el agua. El nivel requerido de oxígeno se mantiene por aireación u oxigenación. El CO 2 como producto de la respiración debe eliminarse eficazmente del sistema.
El amoníaco es el principal producto de la descomposición microbiológica de los desechos de pescado que estos liberan al agua. En presencia de oxígeno disuelto en agua , las bacterias aeróbicas oxidan el amoníaco y sus derivados amínicos gaseosos para formar nitritos y nitratos. Esto reduce la toxicidad del agua para los peces y permite que las plantas eliminen los compuestos de nitrato resultantes, utilizándolos para su propia nutrición. La nitrificación , la conversión aeróbica de amoníaco en nitrato , es una de las funciones más importantes en un sistema acuapónico [14] .
Un proceso similar es análogo a la biorremediación . Las colonias de bacterias específicas en la acuicultura de circuito cerrado habitan principalmente en el sustrato del biofiltro , mientras que en la acuaponía también habitan en el sistema de raíces y el sustrato de la planta . Entonces, las bacterias purifican el agua de sustancias tóxicas para los peces, y las plantas consumen nitratos , nitrógeno , fósforo , dióxido de carbono disueltos en el agua y, hasta cierto punto, enriquecen el agua con oxígeno, que puede devolverse a los peces.
Los herbicidas y pesticidas no se utilizan en acuaponía , ya que son dañinos para las bacterias y los animales. Por la misma razón, se requiere un enfoque cuidadoso en la selección y dosificación de suplementos nutricionales vegetales.
El amoníaco se libera constantemente en el agua a través de las branquias y las heces de los peces como subproducto de su metabolismo y debe filtrarse del agua ya que las altas concentraciones de amoníaco (generalmente entre 0,5 y 1 ppm) pueden matar a los peces. Aunque las plantas pueden absorber amoníaco del agua, hasta cierto punto, los nitratos se absorben más fácilmente [15] , lo que reduce efectivamente la toxicidad del agua para los peces [14] . El amoníaco se puede convertir en otros compuestos nitrogenados a través de las siguientes poblaciones saludables:
En un sistema acuapónico, las bacterias responsables de este proceso forman un biofilm en todas las superficies sólidas del sistema que están en contacto constante con el agua. Las raíces vegetales sumergidas tienen una gran superficie donde se pueden acumular muchas bacterias. Junto con la concentración de amoníaco y nitrito en el agua, el área superficial determina la velocidad a la que se produce la nitrificación. El cuidado de las colonias de estas bacterias es importante para la regulación de la absorción completa de amoníaco y nitritos. Esta es la razón por la cual la mayoría de los sistemas acuapónicos contienen una sección de biofiltro para ayudar a facilitar el crecimiento de estos microorganismos . Por lo general, después de que el sistema estabiliza el nivel de amoníaco en el rango de 0,25 a 2,0 ppm, el nitrito se estabiliza en el rango de 0,25 a 1 ppm y el contenido de nitrato en el rango de 2 a 150 ppm. El amoníaco (hasta 6,0 ppm) y el nitrito (hasta 15 ppm) pueden experimentar picos durante el arranque del sistema, mientras que el nitrato alcanza su punto máximo más tarde de la fase de arranque. Dado que el proceso de nitrificación oxida el agua, se pueden agregar bases libres de sodio para neutralizar el pH del agua, como hidróxido de potasio o hidróxido de calcio [14] si no hay suficiente cantidad natural presente para amortiguar la oxidación. Además, se pueden agregar minerales o nutrientes seleccionados, como el hierro, para complementar los desechos del pescado y servir como una fuente importante de nutrientes para las plantas [14] .
Una buena manera de combatir la acumulación de sólidos en la acuaponia es usar lombrices que licúan los sólidos orgánicos para que puedan ser utilizados por las plantas y/u otros animales en el sistema (ver Vermiponics .
Los cinco consumibles principales del sistema son agua, oxígeno, luz, alimento para animales acuáticos y electricidad para bombear, filtrar y oxigenar el agua. Se pueden agregar huevos o alevines al sistema para reemplazar los peces adultos, que a su vez se eliminan para mantener estable el sistema. Proporciones típicas: 0,5 a 1 pie cuadrado de espacio de crianza por cada 1 galón estadounidense (3,8 L) de agua de acuicultura en el sistema. 1 galón estadounidense (3,8 l) de agua puede soportar 0,5 lb (0,23 kg) y 1 lb (0,45 kg) de población de peces, según la aireación y la filtración [19] . Las Diez Directrices Básicas para Construir un Sistema Acuapónico Exitoso son publicadas por el Dr. James Rakosi, Director del Equipo de Investigación Acuapónica de la Universidad de las Islas Vírgenes, basadas en una extensa investigación realizada por el Programa de Acuicultura en la Estación Experimental Agrícola [20] :
Al igual que con todos los sistemas basados en la acuicultura, la materia prima contiene harina de pescado de baja calidad. El estado actual de los desechos naturales de pescado hace que esta práctica sea insostenible. Los alimentos orgánicos para peces pueden resultar una alternativa a este problema. Otras opciones sugieren, por ejemplo, cultivar lenteja de agua en un sistema acuapónico que también se alimentará a los peces [21] , exceso de lombrices en compost de lombricultura utilizando desechos de cocina [22] , también es bueno cultivar moscas león para alimentar a los peces con compost reciclado. larvas [23] .
Si las plantas cultivadas o parte de ellas se alimentan a los peces, la acuaponía permite ahorrar en la compra de alimentos para animales.
Un sistema acuapónico no utiliza el drenaje de agua típico o el intercambio de agua en su sentido habitual, sino que utiliza el reciclaje de espacios cerrados y la reutilización del agua, lo cual es muy eficiente. El sistema depende de la relación entre los animales y las plantas para mantener un ambiente acuático estable mientras mantiene fluctuaciones mínimas en los niveles de nutrientes y oxígeno en el ambiente. El agua se agrega solo para reemplazar las pérdidas por absorción y transpiración de las plantas, evaporación al aire del agua superficial , desbordamiento debido a la precipitación y debido a la eliminación de biomasa como desechos sólidos del sistema. Como resultado, la acuaponía usa aproximadamente el 2% de la cantidad de agua que normalmente se requiere para el riego agrícola cuando se cultivan productos vegetales similares. Esto permite que la acuaponia produzca cultivos, peces y cultivos, en áreas donde el agua o la tierra fértil son escasas. Los sistemas acuapónicos también se pueden utilizar para la replicación en humedales gestionados . Los humedales gestionados pueden ser útiles para el tratamiento y la biofiltración de aguas residuales domésticas típicas [24] . El agua rica en nutrientes puede almacenarse en tanques de drenaje y reutilizarse para impulsar el crecimiento de cultivos plantados en el suelo, o bombearse nuevamente a un sistema acuapónico para reponer los niveles de agua.
La acuaponia puede ahorrar significativamente los recursos hídricos, especialmente en sistemas con máxima recirculación de agua. Naturalmente, la acuaponía ahorra dinero en la compra de fertilizantes que contienen nitrógeno y fósforo. Los detritos , desechos sólidos de la vida de los peces, sirven como un excelente fertilizante .
Las instalaciones acuapónicas dependen en diversos grados de la energía generada por el hombre, las soluciones tecnológicas y los controles exógenos para mantener la recirculación y la temperatura del agua/ambiente. Sin embargo, si el diseño del sistema permite el ahorro de energía, el uso de fuentes de energía alternativas y un número reducido de bombas que permitan que el agua fluya hacia abajo tanto como sea posible, esto puede ser muy efectivo en términos de ahorro de energía. Si bien un diseño cuidadoso puede minimizar los riesgos, un sistema acuapónico puede tener múltiples "puntos de falla" donde problemas como fallas eléctricas o bloqueo de tuberías pueden conducir a una pérdida absoluta de las poblaciones de peces.
En acuaponia, la circulación de agua en los volúmenes requeridos se realiza mediante bombas. El cálculo hábil de los niveles en los que se ubican los elementos del sistema puede reducir significativamente los costos de energía.
Las instalaciones acuapónicas más modernas están equipadas con sistemas electrónicos automatizados de control y alerta, regulación de todos los indicadores vitales.
La isla caribeña de Barbados ha tomado la iniciativa de comenzar a crear sistemas acuapónicos en el hogar, con las ganancias de la venta de productos a los turistas, en un esfuerzo por reducir su creciente dependencia de las importaciones de alimentos.
En Bangladesh , el país más poblado del mundo , la mayoría de los agricultores utilizan agroquímicos para aumentar la producción de alimentos y la vida útil, aunque el país carece de supervisión sobre la seguridad de los productos químicos en los alimentos para consumo humano [25] . Al combatir este problema en el Departamento de Acuicultura de la Universidad Agrícola de Bangladesh en Maimansingh , un equipo dirigido por el Prof. Dr. M.A. analizó la salinidad de las regiones del sur y las áreas propensas a inundaciones de haora en la región oriental . [26] [27] . El trabajo del Dr. Samal ha dado forma a un nuevo tipo de agricultura de subsistencia con fines microindustriales en la sociedad y objetivos personales, mientras que el trabajo de diseño de Chowdhury y Graff está puramente orientado a las ganancias; el último de estos dos enfoques se utiliza predominantemente en economías de escala . (economías de escala).
Más de un tercio de las tierras agrícolas palestinas en la Franja de Gaza se ha convertido en una zona de amortiguamiento israelí donde es posible la jardinería acuapónica en los techos de la ciudad de Gaza [28] .
Growing Power , una organización sin fines de lucro creada para brindar oportunidades de empleo a los jóvenes en Milwaukee , es una oportunidad para aprender mientras se cultivan alimentos para su comunidad. Esto generó varios proyectos similares en otras ciudades, como Nueva Orleans , donde la comunidad de pescadores vietnamitas se vio afectada por el derrame de petróleo en el Golfo de México , en el sur del Bronx , en Nueva York [28] .
Whispering Roots [29] es una organización sin fines de lucro en Omaha , Nebraska , que proporciona alimentos frescos y saludables a residentes social y económicamente desfavorecidos a través de acuaponia, hidroponía y agricultura urbana [30] .
Además, los cultivadores de acuaponia de todo el mundo se han reunido en una comunidad en línea para compartir sus experiencias y promover el desarrollo de esta forma de jardinería[20], así como la creación de amplios recursos sobre cómo construir un sistema de acuaponia en casa [31 ] .
Recientemente, la acuaponia se ha estado moviendo hacia sistemas de producción caseros. En ciudades como Chicago , los empresarios utilizan estructuras verticales para cultivar alimentos durante todo el año. Una combinación de acuaponia y estas instalaciones se puede utilizar para cultivar alimentos durante todo el año con un desperdicio mínimo [32] .
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