Aquaponic Systems Utilize the Soil Food Web to Grow Healthy Crops

Brian Filipowich*, Sydni Schramm, Josh Pyle, Kevin Savage, Gary Delanoy, Janelle Hager y Eddie Beuerlein

Resumen de la investigación

1. ¿Dónde vive la red alimentaria del suelo en un sistema biopónico?

• Los microbios se agregan en todas las superficies de un sistema biopónico y se suspenden en la columna de agua.

• Las raíces son un punto crítico de actividad microbiana tanto en los sistemas biopónicos como en el suelo.

• Los micronichos dentro de los sistemas proporcionan a las bacterias las condiciones ideales para el crecimiento.

• Diferentes componentes del sistema proporcionan entornos únicos y albergan diversas comunidades microbianas.

2. ¿Qué tan grande y diversa es la red alimentaria del suelo en un sistema biopónico?

• Se ha comprobado que los sistemas biopónicos albergan una cantidad y diversidad comparables de microorganismos al suelo, si no mayor.

• El estudio de caso del Grupo de Trabajo Hidropónico y Cuapónico del USDA ¹ de tomates hidropónicos encontró que el número de bacterias, hongos, protozoos y nematodos en el sistema estaba por encima de los niveles esperados que se encontrarían en un suelo orgánico típico.

3. ¿Qué hace la red alimentaria del suelo en un sistema biopónico?

• Los microorganismos Soil Food Web descomponen los sólidos y hacen que los macronutrientes y micronutrientes estén más disponibles para las plantas.

• Los microorganismos Soil Food Web proporcionan biocontrol y supresión de enfermedades, mejorando la salud y la calidad general de las plantas.

• Las bacterias que habitan la rizosfera de las raíces vegetales mejoran los procesos celulares con el tejido vegetal.

• Los estudios han descubierto que el deterioro de los cultivos y los microorganismos fecales son menos prevalentes en los sistemas biopónicos en comparación con el suelo.

Introducción

Ya sea como consumidor, productor, responsable de políticas o propietario de un negocio, todos tomamos decisiones que afectan dónde y cómo se producen nuestros alimentos.

Nuestro sistema alimentario está cambiando rápidamente debido a la convergencia de problemas globales apremiantes, incluidos el cambio climático; la degradación ambiental; el agotamiento del agua; la inseguridad económica; los problemas de salud debidos a las dietas deficientes y la contaminación; y el rápido crecimiento de la población y la urbanización.

A medida que configuramos nuestro nuevo sistema alimentario, una consideración fundamental es si conservamos el acceso a frutas y verduras frescas de alta calidad, en particular a las cultivadas de forma sostenible.

Debemos evaluar si los nuevos métodos de cultivo como la acuapónica pueden producir frutas y hortalizas frescas cultivadas a partir de semillas, con los mismos procesos biológicos simbióticos utilizados por las plantas desde los albores de los tiempos.

La acuaponia combina el cultivo de pescado recirculante con la producción de plantas hidropónicas y proporciona productos que se adaptan al molde de muchas demandas de los consumidores. La acuaponia es una forma sostenible de producir peces y plantas, ya que conserva los recursos hídricos, recupera la descarga acuícola rica en nutrientes, limita el uso de aditivos químicos tanto para peces como para plantas y mejora las tasas de crecimiento de las plantas en comparación con la agricultura basada en el suelo.

Aunque la dinámica es diferente, la producción acuapónica depende de los mismos procesos biológicos utilizados por las plantas en la agricultura basada en el suelo. El suelo sano tiene un ecosistema extremadamente grande y diverso de

microorganismos que coexisten en una relación simbiótica con las plantas. Los microorganismos como bacterias, hongos, protozoos, nematodos y otros son responsables de una serie de procesos vitales para las plantas, como la administración de nutrientes, la supresión de enfermedades y la regulación ambiental. El término para esto es Soil Food Web.

A pesar de la falta de suelo, existe la misma comunidad microbiana diversa en los sistemas acuapónicos. Esta hoja informativa transmite información basada en la investigación sobre cómo los sistemas acuapónicos utilizan Soil Food Web para producir cultivos agrícolas de la más alta calidad.

La investigación citada en este documento se basa en sistemas acuapónicos y formas biológicamente activas de sistemas hidropónicos. El Informe del Grupo de Trabajo Hidropónico y Acuapónico del USDA 2016 se refirió a estos sistemas como «biopónicos».

1. ¿Dónde vive la Soil Food Web en un sistema biopónico?

• En los sistemas biopónicos, los microorganismos Soil Food Web se agregan en superficies sólidas como raíces, paredes de tanques, tuberías, partículas flotantes y, especialmente, dentro del «biofiltro», un componente para el propósito específico de albergar bacterias beneficiosas.

• Ciertos microorganismos pueden excretar una sustancia similar a un gel que les permite «flocarse» y permanecer suspendidos en la columna de agua. Microorganismos como Pseudomonas sp. y Bacillus sp. excretan sustancias poliméricas extracelulares que permiten que los microbios se agregen dentro de la columna de agua (Informe HP/AP).

• Al igual que en el suelo, las raíces de los sistemas biopónicos son un punto crítico de actividad microbiana ².

• Los sistemas acuapónicos tienen micronichos que permiten que las bacterias crezcan y prosperen en áreas que difieren según la disponibilidad de oxígeno, nutrientes y otros parámetros de crecimiento. Los micronichos pueden mejorar la eficacia y la funcionalidad de ciertas bacterias al permitirles prosperar en entornos específicos de sus parámetros de crecimiento ideales ³.

• Se han encontrado diferencias significativas en las comunidades microbianas en la recirculación de tanques de sistemas acuícolas, filtros de sólidos, biofiltros y agua de cultivo que representan entornos únicos y complejos. Las comunidades microbianas diferirán de un sistema a otro, reflejando diferentes especies de cultivo de peces, parámetros de calidad del agua, piensos, pH u otros factores ⁴.

2. ¿Qué tan grande y diversa es la red alimentaria del suelo en un sistema biopónico?

• Los estudios han encontrado entre 1 000 000 y 10 millones de unidades formadoras de colonias por mililitro (CFU/ml) de bacterias y de 10 a 1.000 cfu/ml de hongos en sistemas hidropónicos ⁵. Se encontraron 10 millones de UFC/gramo de raíces en sistemas hidropónicos ⁶.

• Los estudios demuestran que los sistemas biopónicos tienen una cantidad y diversidad comparables, si no mayores, de microorganismos como compost y suelo, respectivamente ⁷.

• Las bacterias, los hongos, los protozoos y los nematodos de los medios de cultivo de los tomates hidropónicos superan los niveles esperados de los que se encuentran en un suelo orgánico típico, lo que indica una alta capacidad de ciclo de nutrientes. El ciclo de nutrientes de los organismos Soil Food Web es tan eficaz en los sistemas de producción biopónica que puede asimilar 300 libras de nitrógeno por acre (informe HP/AP).

3. ¿Qué hace Soil Food Web en un sistema biopónico?

• La Soil Food Web cicla activamente los nutrientes en los sistemas biopónicos. Los microbios liberan enzimas que descomponen la materia orgánica flotante, absorben los nutrientes disponibles y, finalmente, ponen estos nutrientes a disposición de otros microbios o plantas (informe HP/AP).

• Los microbios ayudan a quelar los metales para aumentar la absorción de nutrientes en las raíces de las plantas (informe HP/AP).

• Soil Food Web realiza biocontrol protegiendo a las plantas de los patógenos. Una proporción relativamente alta de muestras de raíces de lechuga acuapónica encontró cepas bacterianas implicadas en el biocontrol, como Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp. o Flavobacterium spp. ⁸.

• Las rizobacterias que promueven el crecimiento de las plantas en sistemas a base de agua indican que las plantas creen metabolitos secundarios como flavonoides y otros antioxidantes que ayudan a suprimir las enfermedades de las plantas, la fijación del nitrógeno, la regulación celular y las propiedades del color ⁷.

• Se descubre que los microbios de los biofiltros acuapónicos funcionan: nitrificación; desnitrificación heterotrófica y auto trófica; reducción de nitratos a amoníaco y oxidación anaeróbica de amonio.

• La lechuga cultivada acuapónicamente tiene una concentración significativamente menor de deterioro y microorganismos fecales en comparación con la lechuga cultivada en el suelo ⁹.

Conclusión

La acuaponia es una forma sostenible de producir peces y plantas, ya que conserva los recursos hídricos, recupera la descarga acuícola rica en nutrientes, limita el uso de aditivos químicos tanto para peces como para plantas y mejora la tasa de crecimiento de las plantas en comparación con la agricultura basada en el suelo.

Las investigaciones muestran que, al igual que en el suelo, los sistemas biopónicos utilizan Soil Food Web para llevar a cabo una serie de funciones vitales. Todas las partes interesadas pueden considerar que los sistemas biopónicos son una excelente opción para entregar cultivos sanos y naturales a una población en crecimiento con un impacto medioambiental mínimo.

Colaboradores

• *Autor correspondiente: Brian Filipowich, Director de Políticas Públicas de la Asociación Acuapónica
• Sydni Schramm y Josh Pyle, estudiantes de investigación de Cincinnati Hills Christian Academy
• Kevin Savage y Gary Delanoy, profesores de Cincinnati Hills Christian Academy
• Janelle Hager, investigadora asociada de la Universidad Estatal de Kentucky
• Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

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