Aqu @teach: Suministro de nutrientes en acuapónica
La composición química del agua del sistema en acuapónica es muy compleja. Además de una gran variedad de iones disueltos, contiene sustancias orgánicas resultantes de la liberación de productos del metabolismo de los peces y la digestión de los piensos, así como sustancias excretadas por las plantas. Estas sustancias son en gran medida desconocidas, y sus interacciones pueden influir aún más en la composición química y el pH de las soluciones nutritivas acuapónicas. Todo esto puede ejercer múltiples efectos, pero sobre todo desconocidos, sobre la absorción de nutrientes por las plantas, sobre la salud de los peces y sobre la actividad microbiana.
Los nutrientes entran en un sistema acuapónico a través de agua añadida y alimento para peces (Schmautz et al. 2016). En términos de composición elemental, los piensos para peces contienen alrededor del 7,5% de nitrógeno, 1,3% de fósforo y 46% de carbono (Schmautz, datos inéditos). En términos de compuestos orgánicos, los piensos para peces contienen proteínas (harina de pescado o a base de plantas), grasas (aceite de pescado, aceites vegetales) y carbohidratos (Boyd 2015). Los peces herbívoros (como Tilapia) solo necesitan alrededor del 25% de proteína en sus piensos, en comparación con los peces carnívoros que requieren alrededor del 55% de proteína (Boyd 2015). Tanto la harina de pescado como la soja son insostenibles (por diferentes razones), por lo que hay una intensa investigación para encontrar sustitutos adecuados de harina de pescado y dietas basadas en plantas (Boyd 2015; Davidson et al. 2013; Tacon & Metian 2008.
Si las relaciones de alimentación se calculan correctamente, se comen todos los alimentos agregados al sistema, y solo se excreta lo que no se usa para el crecimiento y el metabolismo (Figura 11). La proporción de nutrientes excretados también depende de la calidad y digestibilidad de la dieta (Buzby & Lin 2014). La digestibilidad del alimento para peces, el tamaño de las heces y la relación de sedimentación son muy importantes para el funcionamiento del sistema (Yavuzcan Yildiz et al. 2017). Por lo tanto, la composición de nutrientes del agua del sistema acuapónico, resultante de la calidad del agua añadida, los alimentos para peces añadidos, y todas las reacciones metabólicas en el sistema, es extremadamente compleja y no siempre cumple con los requisitos de la planta. Sin embargo, el bienestar de los peces debe ser una preocupación central, y los piensos deben elegirse para adaptarse a las especies de peces en cada fase de desarrollo. La disponibilidad de nutrientes que pueden ser asimilados por las plantas tiene que ser regulada en un segundo paso.
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Figura 11: Flujo ambiental de nitrógeno y fósforo (en%) para a) producción de jaula de tilapia del Nilo (después de Montanhini Neto & Ostrensky 2015); (b) producción de RAS (datos de Strauch et al. 2018). ‘Sin explicación’ indica la fracción de N y P que no pudo atribuirse a ninguna categoría
Los datos de la Tabla 10 muestran que la mayoría de los nutrientes vegetales, pero especialmente P y Fe, estaban en concentraciones significativamente más bajas en el sistema acuapónico investigado en comparación con las soluciones hidropónicas estándar. Esta parece ser una situación típica en la operación acuapónica; sin embargo, las tasas de crecimiento de los cultivos acuapónicos son, sin embargo, en la mayoría de los casos satisfactorias (Schmautz, datos inéditos). Echemos un vistazo más de cerca a este fenómeno.
Lamentablemente, la interpretación de estos datos es muy difícil. La razón es que muy recientemente en nutrición vegetal la ley de Liebig de casi dos siglos de antigüedad (el crecimiento de las plantas está controlado por el recurso más escaso) ha sido reemplazada por complicados modelos matemáticos que toman en cuenta las interacciones entre los elementos nutritivos individuales, compuestos e iones (Baxter 2015. Estos métodos no permiten una simple evaluación de los efectos de los cambios en los niveles de nutrientes en un sistema hidropónico o acuapónico. Además, hay que tener en cuenta que no existe una formulación perfecta de los requisitos nutricionales para un determinado cultivo. Los requerimientos nutricionales varían según la variedad, la etapa del ciclo de vida, la duración del día y las condiciones climáticas (Bittszansky et al. 2016; Resh 2013; Sonneveld & Voogt 2009.
De manera muy general, para un buen crecimiento de las plantas en hidroponicas, la concentración de nitrógeno debe mantenerse por encima de 165 mg/l de N, fósforo por encima de 50 mg/l y potasio por encima de 210 mg/l (Resh 2013). En la acuapónica, tales concentraciones altas son difíciles de lograr para varios elementos relevantes debido a tres razones:
Cuanto más altas sean las concentraciones en el agua, mayor será la pérdida de nutrientes a través del intercambio de agua o lodos. Sin embargo, incluso en el sistema cerrado, se requiere un cierto nivel de intercambio de agua, para compensar las pérdidas de evapotranspiración y reducir la acumulación de componentes no deseados.
Con la elevada concentración de nutrientes en el agua, componentes como la sal o las toxinas se acumulan en el sistema también.
El fósforo reacciona con el calcio si está presente en concentraciones más altas y precipita como fosfato de calcio.
Las plantas que crecen en el compartimento hidropónico tienen requisitos específicos que dependen de la variedad vegetal y de la etapa de crecimiento (Resh 2013). Los nutrientes se pueden complementar a través del sistema de agua (Schmautz et al. 2016) o mediante aplicación foliar (Roosta & Hamidpour 2011).
Tabla 10: Comparación de las concentraciones de nutrientes en solución hidropónica estándar y en agua de un sistema acuapónico cerrado (Schmautz, datos inéditos)
| Concentración [mg/l] | Relación de concentración(hidroponía/aquapónica) | |||
|---|---|---|---|---|
| Acuapónica (Schmautz, inédito) | Hidroponía (optimizada para lechuga, Resh 2013) | |||
| Macronutrientes | ||||
| N (como NO -) 3 | 147 | 165 | 1.1 | |
| N (como NH +) 4 | 2.8 | 15 | 5.4 | |
| P (como PO 3-) 4 | 5.1 | 50 | 10 | |
| K (como K+) | 84 | 210 | 2.5 | |
| Mg (como Mg2+) | 18 | 45 | 2.5 | |
| Ca (como Ca2+) | 180 | 190 | 1.1 | |
| S (como SO 2-) 4 | 21 | 65 | 3.1 | |
| Micronutrientes | ||||
| Fe (como Fe2+) | 0.2 | 4 | 20 | |
| Zn (Zn2+) | 0.2 | 0.1 | 0.5 | |
| B (como B [OH]-) 4 | 0.1 | 0.5 | 5 | |
| Mn (como Mn2+) | 1.4 | 0.5 | 0.4 | |
| Cu (como Cu2+) | 0.1 | 0.1 | 1 | |
| Mo (como MoO 2-) 4 | 0.002 | 0.05 | 25 | |
Por lo general, con tasas adecuadas de población de peces, los niveles de **nitrógeno (N, como nitrato) ** son suficientes para un buen crecimiento de la planta, mientras que los niveles de varios otros nutrientes, especialmente **hierro (Fe), fósforo (P), potasio (K) y magnesio (Mg) ** son generalmente insuficientes para el crecimiento máximo de la planta. Como se observa en el cuadro, otros micronutrientes también podrían ser limitantes. En el acuapónico, es especialmente importante controlar el pH, ya que a un pH superior a 7 varios nutrientes (ver Figura 10) pueden precipitarse del agua y dejarse de estar disponibles para las plantas.
**El potasio (K) ** no es necesario para los peces, lo que conduce a una composición baja de potasio del alimento para peces y a niveles aún más bajos de potasio disponibles para las plantas (Seawright et al. 1998). Para suministrar potasio, a menudo se utiliza tampón de pH de KOH, ya que el pH a menudo disminuye en la acuapónica debido a la nitrificación (Graber & Junge 2009). Esto tiene el beneficio añadido de elevar los niveles de potasio, aunque puede ser tóxico para los peces. El valor CL50 de toxicidad aguda para peces fue del orden de 80 mg/l. En sistemas acuapónicos plantados con tomate, el potasio se acumuló principalmente en los frutos (Schmautz et al. 2016).
**El hierro (Fe) ** también es a menudo un factor limitante en la acuapónica, por lo tanto, puede agregarse como medida preventiva antes de que las deficiencias sean evidentes. Las altas concentraciones de hierro no dañarán un sistema acuapónico, aunque puede dar un ligero color rojo al agua. Para garantizar una fácil absorción por las plantas, el hierro debe añadirse como hierro quelatado, también conocido como hierro secuestrado. Hay diferentes tipos de quelatos de hierro: Fe-edta, Fe-DTPA y Fe-Eddha. El hierro se puede añadir en el agua del sistema (por ejemplo, 2 mg L−1 una vez cada dos semanas) o rociar directamente sobre las hojas (aplicación foliar) de 0,5 g L−1 ) (Roosta & Hamidpour 2011).
La principal fuente de **calcio (Ca), magnesio (Mg), ** y **azufre (S) ** es el agua del grifo, que facilita la absorción por las plantas ya que los nutrientes ya están disponibles (Delaide et al. 2017). Sin embargo, estos elementos están a menudo en niveles bajos en los sistemas aquapónicos (Graber & Junge 2009; Seawright et al. 1998, Schmautz, datos inéditos). Especialmente Ca es a menudo un factor limitante en acuapónica, ya que solo puede transportarse a través de la transpiración activa del xilema. Cuando las condiciones son demasiado húmedas, el calcio puede estar disponible pero bloqueado porque las plantas no están transpirando. Aumentar el flujo de aire con respiraderos o ventiladores puede evitar este problema. De lo contrario, el carbonato de calcio (CaCo3) o el hidróxido de calcio (Ca (OH)2) deberían complementarse.
**Zinc (Zn) ** se utiliza como parte del proceso de galvanización de algunas piezas metálicas, que se pueden utilizar en la construcción de AP (tanques de peces, pernos, etc.), y se encuentra en residuos de peces. Si bien las deficiencias de zinc son raras, la toxicidad del zinc puede plantear un problema en la acuapónica, porque si bien las plantas pueden tolerar un exceso, los peces no pueden. Los niveles de zinc deben mantenerse entre 0,03 - 0,05 mg/l. La mayoría de los peces se estresarán en 0,1 a 1 mg/l, y comenzarán a morir a 4-8 mg/l. La mejor manera de mantener los niveles de zinc dentro de un rango inofensivo es evitar equipos galvanizados (Storey 2018). Sin embargo, en algunos sistemas podrían producirse deficiencias de zinc. La deficiencia de zinc se puede aliviar mediante la aplicación foliar de zinc quelado (Treadwell et al. 2010).
Así pues, se plantea la cuestión de si es necesario y eficaz añadir nutrientes a los sistemas acuapónicos (Nozzi et al. 2018). Siempre que el sistema esté provisto de suficiente pescado y el pH esté dentro del nivel correcto, no es necesario añadir nutrientes a las plantas con un ciclo de cultivo corto que no produzcan frutos (por ejemplo, hojas verdes como lechuga, Nozzi et al. 2018). Por el contrario, las verduras fructíferas (por ejemplo, tomates, berenjenas) requieren suplementos nutritivos. La cantidad de fertilizantes minerales requeridos se puede calcular utilizando el software HydroBuddy (Fernandez 2016) (Ver también el ejercicio en el Módulo 6). Además de nuestra experiencia en la suplementación de nutrientes minerales, en el futuro los fertilizantes hidropónicos orgánicos disponibles comercialmente deben ser probados para definir cuáles no dañan la vida de los peces. Recientemente, se ha sugerido el tratamiento del lodo de peces en un digestor, y la reintroducción de este digestato en el sistema hídrico, para aumentar el suministro de nutrientes a las plantas (Goddek et al. 2016). Otro posible beneficio de suministrar al sistema aquapónico nutrientes orgánicos, en lugar de minerales, podría ser un efecto positivo en la población microbiana.
*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) . *