3.6 RAS y acuapónica
Los sistemas acuapónicos son una rama de la tecnología acuícola de recirculación en la que se incluyen cultivos vegetales para diversificar la producción de un negocio, proporcionar capacidad adicional de filtración de agua, o una combinación de ambos.
Como rama de RAS, los sistemas acuapónicos están ligados a los mismos fenómenos físicos, químicos y biológicos que ocurren en RAS. Por lo tanto, los mismos fundamentos de la ecología del agua, la mecánica de fluidos, la transferencia de gas, la depuración de agua, etc. se aplican en términos más o menos iguales a la acuapónica, con excepción del control de calidad del agua, ya que las plantas y los peces pueden tener requisitos específicos y diferentes.
Las realidades económicas fundamentales de la RAS y la acuapónica también están relacionadas. Ambas tecnologías son intensivas en capital y altamente técnicas y se ven afectadas por las economías de escala, el diseño adecuado de los componentes, la dependencia de las condiciones del mercado y la experiencia de los operadores.
3.6.1 Bienestar
En los sistemas acuapónicos, la absorción de nutrientes debe ser maximizada para la producción saludable de biomasa vegetal, pero sin descuidar las mejores condiciones de bienestar para los peces en términos de calidad del agua (Yildiz et al. 2017). También son importantes las medidas para reducir los riesgos de introducción o propagación de enfermedades o infecciones y para aumentar la bioseguridad en la acuapónica. También deben tenerse en cuenta los posibles efectos de los aleloquímicos, es decir, los productos químicos liberados por las plantas. Además, se debe considerar cuidadosamente el efecto de la digestibilidad de la dieta, el tamaño de las partículas de las heces y la relación de sedimentación sobre la calidad del agua. Todavía hay falta de conocimiento sobre la relación entre los niveles adecuados de minerales que necesitan las plantas, y el metabolismo, la salud y el bienestar de los peces (Yildiz et al. 2017), lo que requiere más investigación.
3.6.2 Diversidad microbiana y control
Como se mencionó anteriormente en el capítulo, la acuapónica combina un sistema acuícola recirculante con una unidad hidropónica. Una de sus características más importantes es la dependencia de las bacterias y sus productos metabólicos. Además, [Sect. 3.2.6](/comunidad/articles/3-2-revis-de-control-la calidad del agua en ras #326 -Nitrato) .analizó la importancia de las comunidades microbianas y su control en las RAS. Las bacterias sirven como puente que conecta los excrementos de peces, que son altos en concentración de amonio, al fertilizante vegetal, que debe ser una combinación de bajo amonio y alto nitrato (Somerville et al. 2014). Dado que los sistemas acuapónicos pueden tener diferentes subunidades, es decir, tanques de peces, biofiltro, filtro de tambor, tanques de colonos y unidades hidropónicas, cada uno con diferentes diseños posibles y diferentes condiciones óptimas, las comunidades microbianas de estos componentes pueden diferir considerablemente. Esto proporciona un interesante tema de investigación con el objetivo final de mejorar los procesos de gestión de sistemas. Schmautz et al. (2017) intentaron caracterizar la comunidad microbiana en diferentes áreas de sistemas acuapónicos. Concluyeron que las heces de peces contenían una comunidad separada dominada por bacterias del género Cetobacterium, mientras que las muestras de raíces vegetales, biofiltro y perifitón fueron más similares entre sí, con comunidades bacterianas más diversas. Las muestras de biofiltro contenían grandes cantidades de Nitrospira (3,9% de la comunidad total) que se encontraron solo en números bajos en el perifitón o en las raíces de las plantas. Por otro lado, sólo se encontraron pequeños porcentajes de Nitrosomonadales (0.64%) y Nitrobacter (0.11%) en las mismas muestras. Este segundo grupo de organismos se prueba comúnmente para determinar su presencia en sistemas acuapónicos, ya que son los principales responsables de la nitrificación (Rurangwa y Verdegem 2015; Zou et al. 2016); Nitrospira ha sido descrito recientemente como nitrificador total (Daims et al. 2015), pudiendo convertir directamente amonio a nitrato en el sistema. El dominio de Nitrospira es, por tanto, una novedad en estos sistemas y podría estar correlacionado con una diferencia en la configuración básica (Graber et al. 2014).
Schmautz et al. (2017) también enfatizaron que el aumento de la presencia de Nitrospira no necesariamente se correlaciona con una mayor actividad de estos organismos en el sistema, ya que no se midieron sus actividades metabólicas. Además, muchas especies de bacterias y coliformes están inherentemente presentes en biofiltros recirculantes acuapónicos que llevan a cabo transformaciones de materia orgánica y residuos de peces. Esto implica la presencia de muchos microorganismos que pueden ser patógenos para plantas y peces, así como para personas. Para ello, algunos microorganismos han sido considerados indicadores de seguridad para productos y calidad del agua en el sistema (Fox et al. 2012). Algunos de estos indicadores de seguridad son Escherichia coli y Salmonella spp. Por lo tanto, recientemente se han llevado a cabo investigaciones muy necesarias para determinar la seguridad microbiana de los productos acuapónicos (Fox et al. 2012; Sirsat y Neal 2013). Una dirección futura para el análisis de la actividad microbiana en acuapónica ha sido identificada por Munguia-Fragozo et al. (2015), quienes revisaron las tecnologías Omic para el análisis de la comunidad microbiana. Concluyeron que el análisis de metagenómica y metatranscriptomía será crucial en futuros estudios de diversidad microbiana en biosistemas acuapónicos.
Desde un período de consolidación tecnológica hasta una nueva era de implementación industrial, la tecnología RAS se ha desarrollado considerablemente en las últimas dos décadas. En los últimos años se ha observado un aumento en el número y escala de las explotaciones acuícolas recirculantes. Con el aumento de la aceptación de la tecnología, siguen surgiendo mejoras respecto a los enfoques tradicionales de ingeniería, innovaciones y nuevos desafíos técnicos.
Aquaponics combina un sistema acuícola recirculante con una unidad hidropónica. Las RAS son sistemas complejos de producción acuática que implican una serie de interacciones físicas, químicas y biológicas.
El oxígeno disuelto (DO) es generalmente el parámetro de calidad del agua más importante en sistemas acuáticos intensivos. Sin embargo, la adición de suficiente oxígeno al agua de cría se puede lograr de manera relativamente simple y, por lo tanto, el control de otros parámetros del agua se vuelve más difícil.
Las altas concentraciones de dióxido de carbono disuelto (COSub2/sub) tienen un efecto negativo en el crecimiento de los peces. La eliminación de COSub2/sub del agua a concentraciones inferiores a 15 mg/L es un reto debido a su alta solubilidad y a la limitada eficiencia de los equipos de desgasificación.
El amoníaco ha sido tratado tradicionalmente en sistemas de recirculación con biofiltros nitrificantes. Se están estudiando algunas tecnologías emergentes como alternativas a la eliminación del amoníaco.
Los biosólidos en RAS proceden de piensos para peces, heces y biofilms y son uno de los parámetros de calidad del agua más críticos y difíciles de controlar. Un sistema de tratamiento de varios pasos donde sólidos de diferentes tamaños y eliminados a través de diferentes mecanismos, es el enfoque más común.
El ozono, como un poderoso oxidante, se puede utilizar en RAS para eliminar microorganismos, nitritos y sustancias húmicas. La ozonización mejora el rendimiento del filtro de micropantalla y minimiza la acumulación de materia disuelta que afecta al color del agua.
Los reactores de desnitrificación son reactores biológicos que normalmente funcionan en condiciones anaeróbicas y generalmente se dosifican con algún tipo de fuente de carbono, como el etanol, el metanol, la glucosa y la melaza. Una de las aplicaciones más notables de los sistemas de desnitrificación en la acuicultura es el RAS de «intercambio cero».
En los sistemas de producción acuícola, las comunidades microbianas desempeñan un papel importante en el reciclaje de nutrientes, la degradación de la materia orgánica y el tratamiento y control de enfermedades. El papel de la desinfección del agua en la RAS está siendo desafiado por la idea de utilizar agua microbiamente madura para controlar patógenos oportunistas.
En RAS intensivas, el bienestar animal está estrechamente relacionado con el rendimiento de los sistemas. El objetivo principal de la investigación sobre bienestar animal en RAS ha sido construir y operar sistemas que maximicen la productividad y minimicen el estrés y la mortalidad.