7.3 Acuapónica acoplada: diseño general del sistema

El principio acuapónico acoplado combina tres clases de organismos: (1) organismos acuáticos, (2) bacterias y (3) plantas que se benefician entre sí en una masa de agua recirculada cerrada. El agua sirve como medio de transporte de nutrientes, principalmente a partir de residuos de peces disueltos, que se convierte en nutrientes para el crecimiento de las plantas por bacterias. Estas bacterias (por ejemplo, Nitrosomonas spec., Nitrobacter spec.) oxidan el amonio en nitrito y, finalmente, en nitrato. Por lo tanto, es necesario que las bacterias reciban cantidades sustanciales de amonio y nitrito para estabilizar el crecimiento de las colonias y la cantidad de producción de nitratos. En consecuencia, en un sistema acuapónico acoplado, los volúmenes son de importancia crítica, i) la unidad acuícola siguiendo los principios de recirculación de los sistemas acuícolas (RAS), ii) el sustrato de crecimiento bacteriano y iii) el espacio para las unidades vegetales y la cantidad de plantas a cultivar. Juntos, forman la unidad acuapónica (Fig. 7.2).

Fig. 7.2 Principio del sistema aquapónico acoplado con peces, bacterias y plantas en una recirculación de agua completamente cerrada

Los componentes biológico-químicos específicos del agua de proceso tienen especial importancia para los sistemas acuapónicos acoplados. Con los alimentos o las partículas de alimento no consumidas, los residuos orgánicos de pescado y las bacterias dentro del agua de proceso, una emulsión de nutrientes combinada con enzimas y bacterias digestivas apoyan el crecimiento de peces y plantas. Existe evidencia de que, en comparación con sistemas independientes como la acuicultura (peces) y la hidroponía (plantas), el crecimiento de organismos acuáticos y cultivos en una acuapónica acoplada puede ser similar o incluso mayor. Rakocy (1989) describió un rendimiento ligeramente mayor de tilapia (Tilapia nilotica, 46.8 kg) en acuapónica acoplada en contraste con el cultivo de peces independiente (41,6 kg) y leves aumentos en el rendimiento de lechuga Bibb de verano (385,1 kg) en comparación con la producción hidropónica vegetal (380,1 kg). Knaus et al. (2018b) registraron que la acuapónica aumentó el crecimiento de biomasa de O. basilicum, aparentemente debido al aumento de la generación foliar de las plantas (3550 hojas en acuapónica) en comparación con la hidropónica convencional (2393 hojas). Delaide et al. (2016) demostraron que los tratamientos acuapónicos e hidropónicos de lechuga mostraron un crecimiento vegetal similar, mientras que el peso del brote de la solución acuapónica complementada con nutrientes tuvo un mejor rendimiento. Observaciones similares han sido hechas por Goddek y Vermeulen (2018). Lehmonen y Sireeni (2017) observaron un aumento del peso de la raíz, el área foliar y el color de la hoja en la ensalada Batavia (Lactuca sativa var. capitata) y lechuga iceberg (L. sativa) con agua de proceso acuapónica de C. gariepinus combinada con fertilizante adicional. Ciertas plantas como la lechuga (Lactuca sativa), los pepinos (Cucumis sativus) o los tomates (Solanum lycopersicum) pueden consumir nutrientes más rápido y, como resultado, florecen antes en acuapónica en comparación con la hidropónica (Savidov 2005). Además, Saha et al. (2016) reportaron un mayor rendimiento de biomasa vegetal en O. basilicum en combinación con cangrejos de río Procambarus spp. y una baja fertilización de puesta en marcha del sistema aquapónico.

El diseño básico del sistema de acuapónica acoplada consiste en uno o más tanques de peces, una unidad de sedimentación o clarificador, sustratos para el crecimiento de bacterias o biofiltros adecuados y una unidad hidropónica para el crecimiento de plantas (Fig. 7.3). Estas unidades están conectadas por tuberías para formar un ciclo de agua cerrado. A menudo, después de la filtración mecánica y el biofiltro, se utiliza un sumidero de la bomba (una bomba o un sistema de bucle) que, como punto más profundo del sistema, bombea el agua de vuelta a los tanques de peces desde donde fluye por gravedad a la unidad hidropónica.

Fig. 7.3 Diseño técnico básico de un sistema aquapónico acoplado con tanque de peces, sedimentador, biofiltro, unidad hidropónica y un sumidero donde el agua es bombeada o transportada por aire de regreso a los tanques de peces y fluye por gravedad a lo largo de los componentes

Los sistemas aquapónicos acoplados se utilizan en diferentes escalas. El principio de bucle cerrado puede utilizarse en sistemas domésticos (mini/hobby/acoplados a patios traseros), unidades de demostración (por ejemplo, paredes vivas acopladas), acuapónica comercial y acuapónica (con suelo) que van desde sistemas pequeños/semicomerciales a grandes dimensiones (Palm et al. 2018). Un desarrollo reciente en acuapónica ha incluido la fertilización parcial, que depende de la tolerancia de las especies de peces. Esto, sin embargo, puede resultar en un pico de nutrientes a corto plazo en el sistema, pero puede compensarse mediante la retención de nutrientes por parte de las plantas. En acuapónica acoplada, se debe lograr una relación óptima del área de producción (o volúmenes de peces) de la unidad acuícola con la demanda de alimento resultante, así como una cantidad adecuada de plantas que se cultivarán en la unidad hidropónica (área de producción vegetal). (Para los debates sobre el papel de la evapotranspiración y la radiación solar dentro de los sistemas, véanse los capítulos 8 y 11. Para la acuapónica de grava, Rakocy (2012) sugirió como primer intento «principios de relación de componentes», con un volumen de cría de peces de 1 msup3/sup de volumen de acuario a 2 msup3/sup medios hidropónicos de 3 a 6 cm de grava de guisante como regla general. En última instancia, la cantidad de peces determina el rendimiento de los cultivos en acuapónica acoplada. Además, las condiciones técnicas de la unidad de cría de peces deben adaptarse a las necesidades de las especies acuáticas cultivadas.