Aqu @teach: Introducción al monitoreo

Parámetros científicos

Un parámetro científico es una característica definida o medible o un valor, seleccionado a partir de un conjunto de datos. Una variable es cualquier factor, rasgo o condición que puede existir en diferentes cantidades o tipos. En la ciencia experimental, por lo general hay tres tipos de variables: 1) independiente, 2) dependiente y 3) controlada. La variable independiente es la que cambia el experimentador para medir u observar una respuesta o un efecto. La variable dependiente es la respuesta medida a los cambios realizados en la variable independiente. Las variables controladas son las variables que se mantienen constantes en un experimento.

Vamos a ilustrar estas variables con un experimento imaginario usando un sistema aquapónico. Estamos interesados en cómo la masa total de peces afecta la producción de amoníaco en el tanque de peces conectado a la unidad hidropónica. La concentración de amoníaco se medirá en g/L en la pecera, así como en la unidad hidropónica. La cantidad y la velocidad del alimento permanecerán constantes, mientras que la masa total de peces variará con la adición de peces al tanque de peces. En este experimento imaginario, la masa total de peces es la variable independiente (esto es lo que estamos cambiando), y la concentración de amoníaco es la variable dependiente (esto es lo que nos interesa — es lo que estamos midiendo como respuesta a la variación de la masa de peces). Las variables, como la cantidad de alimento, la velocidad de alimentación, los intervalos de tiempo entre la alimentación y la variación de la masa total de los peces, la temperatura del agua en el tanque y en la unidad hidropónica, la superficie del biofiltro, el número de plantas en la unidad hidropónica, etc., deben mantenerse constantes para miden sólo el efecto de la variación de la masa total de peces en la producción de amoníaco y, por lo tanto, son las variables controladas.

Es importante señalar que los experimentos científicos (o mediciones del mismo parámetro en la monitorización) se realizan en múltiplos, generalmente triplicados, con el fin de validar los datos empíricos o los resultados observados. Tres repeticiones suelen ser suficientes para descartar posibles valores atípicos (si las otras dos mediciones están de acuerdo). A continuación, se toma un promedio (en estadísticas llamado la media aritmética) de tales mediciones para mejorar la precisión del resultado. También debe calcularse la desviación estándar (DE) de las tres réplicas a fin de informar sobre la variabilidad entre los datos. Es preferible una desviación estándar baja. No olvide incluir unidades en sus medidas. Las ecuaciones para calcular la media aritmética y la desviación estándar se muestran a continuación:

Donde: $\ bar {x} $ = media aritmética

$_1, _2, _3, _n$ = valores individuales en el conjunto de datos = el número de puntos de datos en el conjunto (el número de valores ‘x’)

Donde:

= desviación estándar

σ = símbolo de suma

= cada valor individual en el conjunto de datos

= la media aritmética

= el número de puntos de datos en el conjunto (el número de valores ‘x’)

¿Por qué monitorear?

La necesidad de monitorización en acuapónica surge desde dos puntos de vista: legislación y gestión. El carácter holístico de la acuapónica significa que se inscribe en varias categorías legislativas diferentes en lo que respecta a la política a nivel de la UE. La Política Pesquera Común (PPC) y la Agricultura Común Política (PAC),, así como políticas de seguridad alimentaria, salud y bienestar animal, sanidad vegetal y legislación ambiental, entre otras, pueden aplicarse, dependiendo de las características operativas del sistema. La legislación y los reglamentos que deben observarse durante la producción acuapónica incluyen, pero no se limitan a:

• Directiva marco sobre el agua (2000/60/CE) (DMA) — Entre otras cosas, la DMA establece las normas para el seguimiento, el muestreo y el análisis de los vertidos de efluentes en los cursos de agua. También exige a los Estados miembros que establezcan regímenes de vigilancia dentro de su país, que a menudo incluyen inspecciones en los lugares de descarga para analizar efluentes

• Directiva sobre nitratos (91/676/CEE) especifica los límites de parámetros de los efluentes que pueden ser vertidos

• Normas de inocuidad de los alimentos, que se tratarán con más detalle en Capítulo 10 de este libro de texto

• Reglamentos sobre bienestar animal y sanidad de los peces, como la Directiva 91/496/CEE, que establece los principios que rigen la organización de controles veterinarios de los animales que entran en la UE procedentes de terceros países

En la mayoría de los países, las agencias gubernamentales dispondrán de ayuda para mantener a los agricultores acuapónicos en línea con la ley, por lo que deben buscar información exhaustiva de las autoridades competentes sobre su situación particular (Joly 2018).

El monitoreo regular de los parámetros es una parte indispensable de la gestión, operación y mantenimiento del sistema aquapónico. El monitoreo de la calidad del agua, y la salud de los peces y las plantas, indicará qué tan bien está funcionando el sistema y tiene importantes beneficios en costos. Mantener buenos registros de sus mediciones puede ayudar en gran medida a observar tendencias y diagnosticar problemas futuros. Es importante grabar todas sus lecturas. Parámetros como el amoníaco, el nitrito, el oxígeno disuelto y el pH pueden indicar si el sistema tiene un rendimiento inferior.

Identificar el parámetro problemático (es decir, fuera del rango deseado) ayuda al operador a solucionar el problema rápidamente y restaurar el funcionamiento del sistema acuapónico a niveles óptimos, lo que dará como resultado el mayor rendimiento de peces y plantas.

Diferentes enfoques de monitoreo

Los enfoques de monitoreo para probar la calidad del agua acuapónica van desde muy simples y baratas hasta complejos e implicando costosos equipos analíticos. El enfoque más simple y más barato es usar tiras de prueba, que sumerges en el agua. Estos contienen un reactivo que cambia de color cuando entra en contacto con el agua. La intensidad de esta reacción se puede comparar con la tabla de colores suministrada con el kit, lo que proporcionará una medida relativamente precisa de lo que se está probando. Estos kits son a menudo baratos y fáciles de usar, aunque como son un material consumible, las existencias deberán reponerse constantemente. Estos, sin embargo, por lo general sólo se pueden utilizar para un rango limitado. Por ejemplo, algunas tiras de prueba para pH solo funcionan dentro de un rango de pH de 5 a 8. Si el pH en el sistema aquapónico cae fuera de este rango (por debajo de 5 o por encima de 8), entonces las tiras de prueba pueden dar resultados falsos.

El siguiente nivel en términos de complejidad y costo son las pruebas con reactivos químicos y una carta de colores. Aquí la muestra se coloca en un pequeño tubo de ensayo y se agregan gotas de reactivos de acuerdo con las instrucciones. Se produce una reacción y el color de la solución en el tubo de ensayo se compara con la tabla de colores que viene con el kit. El precio de estas pruebas varía. Una versión más precisa y avanzada de estas pruebas mide el color con espectrofotómetros.

La espectrometría es un método de análisis cuantitativo que utiliza la absorbancia de la luz. Por lo general, se centrifuga una muestra de agua para eliminar sólidos en suspensión y se agrega un reactivo específico para la prueba deseada. A continuación, se coloca dentro de un espectrofotómetro para su análisis. La lectura dada por el espectrofotómetro puede entonces estar relacionada con curvas estándar conocidas para ese parámetro químico en particular para dar una concentración. Algunos fabricantes también proporcionan kits de prueba para un análisis más rápido, sin necesidad de utilizar curvas de calibración, y estos están disponibles para una amplia gama de parámetros de calidad del agua.

El enfoque más avanzado y costoso para la monitorización implica el uso de sondas y medidores electrónicos. Estos existen en configuraciones de un solo parámetro o en configuraciones de medidor simple multisonda. Las sondas están conectadas a un medidor electrónico digital y sumergidas en el agua. También se pueden instalar monitores en línea continuos dentro de la pecera, con una sonda en contacto constante con el agua. Cuestan más en comparación con las pruebas descritas anteriormente, sin embargo, son los instrumentos más precisos para la monitorización y tienen el rango de medición más grande (Klinger-Bowen et al. 2011).

El enfoque de monitoreo elegido generalmente se asocia con el tamaño del sistema aquapónico y el nivel de productividad. Los sistemas comerciales profesionales suelen emplear monitores en línea continuos para oxígeno disuelto (DO), nivel de agua y suministro eléctrico. Por otro lado, los sistemas de patios traseros a menudo dependen de los enfoques más simples y más baratos, como tiras de prueba, o incluso simplemente inspecciones visuales de la turbidez del agua, la oxigenación en el biofiltro, la salud de las plantas y los peces.

Clasificación de los parámetros de seguimiento

Los parámetros que deben ser monitoreados en un sistema acuapónico son la calidad del agua, la salud de los peces y la salud de las plantas, y pueden clasificarse en los siguientes tipos: 1) químico, 2) físico y 3) biológico. Los parámetros químicos tienen que ver con la calidad del agua e incluyen pH, DO, amoníaco, nitrito, nitrato, contenido de fósforo y dureza del agua. Los parámetros físicos incluyen la temperatura del agua y del aire, la humedad relativa y la intensidad de la luz UV. Los parámetros biológicos proporcionan una visión directa del rendimiento del sistema, e incluyen todo, desde la masa y la salud de los peces y las plantas, las deficiencias de nutrientes en las plantas, la contaminación de algas y otros parámetros microbiológicos. Cada organismo de una unidad acuapónica (los peces, las plantas y las bacterias del biofiltro) tiene un rango de tolerancia específico para cada parámetro físico-químico (Tabla 1). Los rangos de tolerancia son relativamente similares para los tres organismos, pero hay una necesidad de compromiso y, por lo tanto, es posible que algunos organismos no estén funcionando a su nivel óptimo (Somerville et al. 2014a).

Tabla 1: Rangos óptimos de parámetros fisioquímicos para peces (agua caliente y fría), plantas y bacterias nitrificantes

El objetivo es mantener un ecosistema saludable con parámetros físico-químicos, así como otros que satisfagan los requisitos para el cultivo simultáneo de pescado, verduras y bacterias. Hay ocasiones en las que la calidad del agua tendrá que ser manipulada activamente para cumplir estos criterios y mantener el sistema funcionando correctamente.

Frecuencia de seguimiento

La frecuencia de monitoreo varía dependiendo del parámetro que se esté monitoreando. Por regla general, los sistemas de puesta en marcha (en el momento de la cría inicial de plantas y animales) deben someterse a pruebas diarias para que los ajustes puedan efectuarse rápidamente cuando sea necesario. Por ejemplo, los niveles de alimentación pueden reducirse, la aireación puede aumentarse o el agua puede diluirse en respuesta a niveles altos de amoníaco. Una vez que los ciclos de nutrientes están equilibrados (después de un mínimo de 4 semanas sin fluctuaciones significativas en los parámetros), la monitorización semanal suele ser suficiente para mantener una buena calidad del agua. Sin embargo, si se sospecha un problema (cambio en la apariencia o el comportamiento de los peces, indicadores de deficiencia en las plantas), debería reanudarse el control más frecuente de la calidad del agua. Por lo tanto, el monitoreo diario de la salud de los peces y las plantas es esencial para descubrir los posibles problemas a tiempo. También es muy importante mantener un buen registro de los parámetros de monitoreo, por ejemplo, la apariencia y el comportamiento de los peces (normal/fuera de lo común), la apariencia de las plantas (aspecto normal/poco saludable) y los parámetros químicos del agua (pH, DO, amoníaco, nitritos, nitratos). De esta manera, la causa de un problema potencial puede identificarse más fácilmente y, en caso de que el problema surja de nuevo, la enmienda que anteriormente funcionaba bien puede implementarse rápidamente (Sallenave 2016; Somerville et al. 2014a). En la Figura 1 se muestra un ejemplo de libro de registro de datos.

Figura 1: Ejemplo de tabla de registro de datos de supervisión. SS en la tabla significa «sitio de muestra»

*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) . *