Aqu @teach: Clasificación de la acuapónica

La delimitación entre la acuapónica y otras tecnologías integradas a veces no está clara. Palm et al. (2018) propuso una nueva definición de acuapónica, en la que la mayoría (> 50%) de nutrientes que sustentan el crecimiento de las plantas deben derivarse de residuos procedentes de la alimentación de los organismos acuáticos.

La acuapónica en el sentido más estrecho (aquapónica sensu stricto) sólo se aplica a sistemas con hidroponía y sin el uso de suelo. Algunos de los nuevos sistemas integrados de acuicultura que combinan peces con la producción de algas también caerían dentro de este concepto. Por otro lado, el término acuapónica en el sentido más amplio (aquapónica sensu lato) puede aplicarse a sistemas que incluyen técnicas de horticultura y producción de cultivos que utilizan los procesos de mineralización, tampón y almacenamiento de nutrientes de los diferentes sustratos, incluyendo el suelo. Palm et al. (2018) propone el término «agricultura acuapónica» para estas actividades.

Tabla 2: Clasificación de la acuapónica según diferentes principios de diseño con ejemplos para cada categoría (adaptada de Maucieri et al. 2018)

La acuapónica puede abordar diversos objetivos o partes interesadas, desde la investigación y el desarrollo, las actividades educativas y sociales, hasta la agricultura de subsistencia y la producción de alimentos a escala comercial. Se puede implementar de diversas maneras y entornos, tales como en tierras áridas y contaminadas, producción de patio trasero, agricultura urbana, etc. Si bien un sistema puede cumplir simultáneamente varios objetivos, incluyendo ecologización y decoración, interacción social y producción de alimentos, normalmente no puede lograr todos estos al mismo tiempo. Para cumplir satisfactoriamente cada uno de los objetivos posibles, los componentes de un sistema deben cumplir requisitos diferentes, a veces contrastantes. La elección de un sistema acuapónico adecuado para una situación particular debe basarse en evaluaciones realistas (incluido un plan de negocio sólido, cuando proceda) y debe dar lugar a una solución a medida. Si seguimos la clasificación de Maucieri et al. (2018), que categoriza los sistemas acuapónicos según diferentes categorías (por ejemplo, tipo de stakeholders, modo operativo, tamaño, tipo de sistema hidropónico, etc.), varios para elegir un sistema aquapónico adecuado emergen (Tabla 2). Cualquier decisión debe tomarse dentro de los límites del presupuesto disponible, aunque es posible construir un sistema a un costo muy bajo.

Clasificación según el modo de funcionamiento: extensa (con uso integrado de lodos) e intensiva (con separación de lodos)

Una parte del sistema acuapónico es la pecera, donde los peces son alimentados y, a través de su metabolismo, las heces y el amoníaco se excretan en el agua. Sin embargo, las altas concentraciones de amoníaco son tóxicas para los peces. A través de las bacterias nitrificantes, el amoníaco se transforma en nitrito y luego en nitrato, que es relativamente inofensivo para los peces y es la forma preferida de nitrógeno para cultivos como las verduras. La producción extensiva integra el biofiltro así como la eliminación de lodos directamente dentro de la unidad hidropónica, utilizando sustratos que proporcionan el soporte adecuado para el crecimiento del biofilm, como grava, arena y arcilla expandida. La producción intensiva utiliza un biofiltro separado y un sistema de separación de lodos. Ambos métodos operativos tienen sus ventajas y desventajas. Mientras que el uso integrado de lodos permite el reciclaje completo de nutrientes, los aspectos negativos incluyen el agua turbia y un rendimiento bastante bajo del biofiltro, que solo permite un almacenamiento limitado de peces. La eliminación separada de lodos y el biofiltro, por otro lado, permiten un almacenamiento intensivo de peces de hasta 100 kg/m³. Los aspectos positivos incluyen agua clara, menor concentración de BOD (demanda bioquímica de oxígeno), menor carga microbiana y rendimiento optimizado del biofiltro. Sin embargo, estos sistemas sólo permiten el reciclaje parcial de nutrientes. Puede ser necesaria una etapa adicional de tratamiento de lodos (in situ o fuera del sitio), como conectar biodigestores de lodos o vermicompostaje (Goddek _et al._2016b).

#

Figura 4: Sistema aquapónico con uso integrado de lodos

#

Figura 5: Posible disposición de un sistema aquapónico con separación de lodos

Gestión del ciclo del agua

Sistemas de bucle cerrado (acoplados): los sistemas acuapónicos se pueden construir y operar como un bucle recirculante, con el flujo de agua moviéndose en ambas direcciones, desde la cuenca de peces hasta la unidad hidropónica, y viceversa. El agua circula constantemente desde el RAS a la unidad hidropónica, y de vuelta a la RAS.

Sistemas de bucle abierto: recientemente se han desarrollado desarrollos hacia el control independiente de cada unidad del sistema, principalmente debido a los diferentes requisitos ambientales de los peces y plantas. Dichos sistemas, en los que la acuicultura, la hidroponía y, si procede, la remineralización de lodos de peces pueden controlarse de forma independiente, se denominan sistemas acuapónicos desacoplados (DAPS). Los sistemas aquapónicos desacoplados consisten en un RAS conectado a la unidad hidropónica (con depósito adicional) a través de una válvula unidireccional. El agua se recircula por separado dentro de cada sistema y se suministra bajo demanda desde el RAS a la unidad hidropónica, pero no fluye hacia atrás (Goddek et al. 2016a; Monsees et al. 2017).

La figura 6 muestra una ilustración esquemática de la acuapónica acoplada y desacoplada. En el sistema acoplado (circuito cerrado) que consiste en un RAS (azul: tanques de cría, clarificador y biofiltro) conectado directamente a la unidad hidropónica (verde: NFT-bandejas), el agua circula constantemente desde el RAS a la unidad hidropónica y de vuelta a RAS. En el sistema aquapónico desacoplado (de bucle abierto) que consiste en un RAS conectado a la unidad hidropónica (con depósito adicional) a través de una válvula unidireccional, el agua se recircula por separado dentro de cada sistema y el agua se suministra bajo demanda desde el RAS a la unidad hidropónica, pero no vuelve a la RAS.

#

Figura 6: Ilustración esquemática de la acuapónica acoplada (izquierda) y desacoplada (derecha).

Tipos de sistemas hidropónicos utilizados en acuapónica

Técnica de Película Nutriente

En los sistemas de Nutrient Film Technique (NFT), el agua de un tanque de peces pasa a través del fondo de un tubo horizontal de PVC, en una película delgada. Estas tuberías tienen agujeros cortados en la parte superior, en los que las plantas se cultivan de tal manera que sus raíces cuelgan en el agua que fluye en la parte inferior. Los nutrientes del agua del tanque son absorbidos por las plantas, y como sus raíces solo están parcialmente sumergidas, esto les permite estar en contacto con el oxígeno atmosférico también.

Tabla 3: Ventajas y desventajas de NFT

Figura 7: Técnica de película nutritiva (NFT). Izquierda — Diagrama de un sistema completo. Derecha — Foto del sistema (Foto ZHAW)

Técnica de cama de medios

Las unidades de cama llenas de medios son el diseño más popular para la acuapónica de pequeña escala. Estos diseños utilizan el espacio de manera eficiente, tienen un costo inicial relativamente bajo y son adecuados para principiantes debido a su estabilidad y simplicidad. En las unidades de cama media, el medio se utiliza para soportar las raíces de las plantas y funciona como filtro mecánico y biológico.

Tabla 4: Ventajas y desventajas de la técnica de cama de medios

Figure 8: Técnica de cama multimedia. Izquierda — Diagrama de un sistema completo. Derecha — Un ejemplo de ZHAW Waedenswil (Foto: Robert Junge)

Aguas profundas o flotantes

Los sistemas de cultivo de aguas profundas (DWC) utilizan una «balsa» de poliestireno que flota sobre unos 30 cm de agua. La balsa tiene agujeros en los que las plantas se cultivan en macetas de red, de manera que sus raíces se sumergen en el agua. La balsa también se puede colocar para flotar directamente en el tanque de peces, o puede bombear agua desde el tanque a un sistema de filtración y luego a canales que contienen una serie de balsas. Un aireador proporciona oxígeno tanto al agua del tanque como al que contiene la balsa. Dado que las raíces no tienen un medio para adherirse, este sistema solo se puede usar para cultivar hojas verdes o hierbas, y no plantas más grandes. Es el sistema más popular para fines comerciales, debido a la velocidad y facilidad de cosecha.

Tabla 5: Ventajas y desventajas del cultivo de aguas profundas

#

Figura 9: Cultivo de aguas profundas o balsas flotantes. Izquierda — Diagrama de un sistema completo. Derecha — Lechuga que crece en una balsa de poliestireno con raíces suspendidas en el agua

Uso del espacio: sistemas horizontales y verticales

La mayoría de los sistemas acuapónicos utilizan tanques de cultivo horizontales o camas, emulando el cultivo tradicional en tierra para producir verduras. Sin embargo, a lo largo de los años, han surgido y evolucionado nuevas tecnologías agrícolas verticales que, cuando están vinculadas a la parte acuícola del sistema acuapónico, pueden permitir que se cultiven más plantas verticalmente en lugar de horizontalmente, y así hacer que los sistemas sean más productivos (Khandaker & Kotzen 2018).

Los sistemas horizontales tienen la ventaja de utilizar eficientemente la luz del día y pueden funcionar sin iluminación adicional, incluso en invierno. Por lo tanto, tienen un bajo consumo de energía eléctrica. Los costos iniciales de inversión son medios/bajos, especialmente si el precio de la tierra es bajo.

Los sistemas verticales presentan una solución óptima para ahorrar espacio, por lo que son muy adecuados para instalaciones urbanas, ya sea para la decoración de para la producción de alimentos hiper-local. Sin embargo, requieren luces de crecimiento por encima de las camas de cultivo. También requieren menos bombas de agua, pero de mayor potencia, lo que supone un mayor consumo de energía eléctrica. Los costes iniciales de inversión también son elevados.

*Copyright © Socios del Proyecto Aqu @teach. Aqu @teach es una asociación estratégica Erasmus+ en educación superior (2017-2020) dirigida por la Universidad de Greenwich, en colaboración con la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich (Suiza), la Universidad Técnica de Madrid (España), la Universidad de Liubliana y el Centro Biotécnico Naklo (Eslovenia) . *