6.1 Introducción
El agua de recirculación en la porción acuícola de un sistema acuapónico contiene partículas y materia orgánica disuelta (POM, DOM) que ingresan al sistema principalmente a través de piensos para peces; la porción de pienso que no se come ni metaboliza por los peces permanece como residuo en el agua del sistema acuícola recirculante (RAS) , ya sea en forma disuelta (por ejemplo, amoníaco) o como sólidos suspendidos o asentados (por ejemplo, lodos). Una vez que la mayoría de los lodos se eliminan mediante separación mecánica, la materia orgánica disuelta restante debe eliminarse de un sistema RAS. Dichos procesos dependen de la microbiota en diversos biofiltros para mantener la calidad del agua para los peces y convertir los desechos inorgánicos y orgánicos en formas de nutrientes biodisponibles para las plantas. Las comunidades microbianas en el sistema acuapónico incluyen bacterias, arqueas, hongos, virus y protistas en ensamblajes que fluctúan en su composición basándose en un reflujo y flujo de nutrientes y cambios en condiciones ambientales como pH, luz y oxígeno. Las comunidades microbianas desempeñan un papel importante en los procesos de desnitrificación y mineralización (véase [cap. 10](/comunidad/artículos/capítulo-10-tratamientos aeróbicos y anaeróbicos para reducción y mineralización de lodos acuapónicos) y, por lo tanto, desempeñan un papel clave en la productividad general del sistema, incluidos los peces bienestar y sanidad vegetal.
Los desafíos de cualquier sistema acuapónico son controlar los insumos (agua, alevines, piensos, plántulas) y su microbiota asociada para maximizar los beneficios de la materia orgánica y su descomposición en formas biodisponibles para los organismos diana. Dado que los parámetros óptimos de crecimiento ambiental y los nutrientes difieren para los peces y las plantas (véase [Cap. 8](/comunidad/artículos/capter-8-sistemas aquapónicos desacoplados), diversos sistemas de separación y aireación y biofiltros que contengan conjuntos microbianos pertinentes, deben situarse en puntos estratégicos de la para ayudar a mantener los niveles de nutrientes, pH y oxígeno disuelto (DO) dentro de los rangos deseados tanto para peces como para especies vegetales. De hecho, los parámetros de calidad del agua, incluyendo temperatura, DO, conductividad eléctrica, potencial redox, niveles de nutrientes, dióxido de carbono, iluminación, alimentación y caudal, afectan el comportamiento y la composición de las comunidades microbianas dentro de un sistema acuapónico (Junge et al. 2017). A este respecto, es importante refinar la configuración y el funcionamiento para que cada unidad aporte cantidades adecuadas de formas biodisponibles de nutrientes a su sucesor, en lugar de permitir la proliferación de patógenos o microbios oportunistas que puedan consumir la mayor parte de los macronutrientes necesarios aguas abajo.
Diversas técnicas para el análisis de comunidades microbianas pueden producir información importante sobre los cambios en la estructura y función de la comunidad a lo largo del tiempo en diferentes configuraciones acuapónicas. Al correlacionar estos cambios con la biodisponibilidad de nutrientes y los parámetros operativos, es posible reducir la producción excesiva o insuficiente de nutrientes esenciales o la producción de subproductos nocivos. Por ejemplo, maximizar la recuperación de nutrientes vegetales beneficiosos a partir de la materia orgánica residual en el componente de pescado depende principalmente de la capacidad de la microbiota para facilitar la descomposición de nutrientes dentro de una serie de biofiltros y digestores de lodos, cuyo rendimiento se basa en una serie de parámetros operacionales tales como caudales, tiempo de residencia y pH (Van Rijn 2013). Dado que no todos los sistemas acuapónicos incluyen digestores de lodos, abordaremos este aspecto con más detalle en la segunda mitad de esta revisión, al tiempo que remitiremos al lector a [Cap. 3](/comunidad/artículos/capítulo-3-tecnologías de recirculación-acuicultura) para obtener más detalles sobre técnicas de separación sólida y caps. [7](/ comunitario/artículos/capter-7-sistemas aquapónicos acoplados) y [8](./8-sistemas aquapónicos desacoplados.md) para las discusiones sobre el sistema acuapónico acoplado frente a disociado. Si consideramos aquí sólo partículas disueltas y suspendidas en el agua (y no en lodos), todos los sistemas acuapónicos emplean una gama de biofiltros diferentes que exponen los microorganismos adheridos a la materia orgánica que pasa a través del filtro y proporcionan un sustrato adecuado y una superficie suficiente para unión microbiana y formación de biopelículas. La degradación de esta materia orgánica proporciona energía a las comunidades microbianas, que a su vez liberan macronutrientes (por ejemplo, nitrato, ortofosfato) y micronutrientes (por ejemplo, hierro, zinc, cobre) al sistema en formas utilizables (Blancheton et al. 2013; Schreier et al. 2010; Vilbergsson et al. 2016a).
Hay una considerable investigación agrícola sobre el papel de la microbiota en el enraizamiento, el crecimiento y la salud de las plantas. La preponderancia de esta investigación se centra en los sistemas basados en el suelo; sin embargo, la investigación en hidroponía también ha aumentado en los últimos años (Bartelme et al. 2018). La microbiota en la acuicultura también se ha caracterizado de manera similar, donde el papel de los microbios en la salud y digestión de los peces ha recibido considerable atención a medida que los investigadores intentan caracterizar mejor el papel de la salud intestinal en la asimilación de nutrientes. Dada la importancia de la biofiltración en los sistemas de RAS, las bacterias implicadas en el proceso de nitrificación de RAS también han sido comparativamente bien estudiadas y, por lo tanto, no se abordan aquí (ver Caps. [10](./10-tratamientos aeróbicos y anaeróbicos para reducción-lodo aquapónico y mineralización.md) y [12](/community /artículos/capítulo-12-aquapónica-tipos-alternativos-y enfoques)). Sin embargo, ha habido una investigación comparativamente limitada sobre microbios en el sistema acuapónico, especialmente las interacciones cruciales de la microbiota entre varios compartimentos del sistema. Esta falta de investigación limita actualmente el alcance y la productividad de tales sistemas, donde hay un potencial considerable de mejora con pre- y probióticos, así como otras oportunidades para mejorar la salud del sistema acuapónico a través de una mejor comprensión, y por lo tanto una mayor capacidad de control, el vasto conjunto de microbiota no caracterizada que afectan la salud y el rendimiento del sistema.
Como tal, este capítulo se centra principalmente en estudios recientes que revelan cómo y dónde las comunidades microbianas determinan la productividad dentro de los compartimentos, al tiempo que destaca el número relativamente pequeño de estudios que vinculan esas comunidades microbianas con las interacciones entre los componentes y el sistema en general productividad. Intentamos identificar lagunas en las que un mayor conocimiento sobre las comunidades microbianas podría abordar los desafíos operacionales y proporcionar información importante para mejorar la eficiencia y la fiabilidad.