Técnica de cultivo en aguas profundas
El método DWC consiste en suspender las plantas en láminas de poliestireno, con sus raíces colgando en el agua (Figuras 4.68 y 4.69). Este método es el más común para acuapónicos comerciales grandes que cultivan un cultivo específico (típicamente lechuga, hojas de ensalada o albahaca, Figura 4.70), y es más adecuado para la mecanización. En pequeña escala, esta técnica es más complicada que las camas multimedia, y puede no ser adecuada para algunos lugares, especialmente cuando el acceso a los materiales es limitado.
Dinámica del flujo de agua
La dinámica del flujo de agua en DWC es casi idéntica a la de un NFT. El agua fluye por gravedad desde el tanque de peces, a través del filtro mecánico, y hacia la combinación de biofiltro/sumidero. Desde el sumidero, el agua se bombea en dos direcciones a través de un conector «Y» y válvulas. Un poco de agua se bombea directamente de vuelta a la pecera. El agua restante se bombea al colector, que distribuye el agua de manera equivalente a través de los canales. El agua fluye, de nuevo por gravedad, a través de los canales de cultivo donde se encuentran las plantas y sale en el otro lado. Al salir de los canales, el agua se devuelve al biofilter/sumidero, donde de nuevo se bombea a la pecera o a los canales. El agua que entra en el tanque hace que el tanque de peces se desborde a través de la tubería de salida y vuelva a entrar en el filtro mecánico, completando así el ciclo.
Esta configuración «Figura 8» describe la ruta del agua que se ve en el sistema DWC. Al igual que en el NFT, el agua fluye a través del filtro mecánico y el biofiltro antes de ser bombeada de nuevo a la pecera y a los canales de la planta. Un inconveniente en esta configuración es que la combinación sumidor/biofiltro devuelve parte del agua efluente de los canales de la planta a las plantas. Sin embargo, a diferencia de la NFT, donde los nutrientes de la pequeña película de agua que fluye a nivel de la raíz se agotan rápidamente, el gran volumen de agua contenida en los canales DWC permite que las plantas utilicen cantidades considerables de nutrientes. Dicha disponibilidad de nutrientes también sugeriría diferentes diseños de sistemas. Una distribución en serie de agua a lo largo de los canales de DWC puede construirse simplemente utilizando una configuración de «cascada» con una sola entrada que sirva al tanque más lejano. En este caso, la salida de un tanque sería la entrada del sucesivo, y el aumento del flujo de agua ayudaría a las raíces a acceder a un mayor flujo de nutrientes.
En el sistema DWC que se muestra en la Figura 4.68, el agua se bombea desde el recipiente del biofiltro a canales que tienen láminas de poliestireno flotando en la parte superior que soportan la planta. El caudal del agua que entra en cada canal es relativamente bajo. Generalmente, cada canal tiene 1-4 horas de tiempo de retención. El tiempo de retención es un concepto similar a la tasa de rotación, y se refiere a la cantidad de tiempo que tarda en reemplazar toda el agua en un contenedor. Por ejemplo, si el volumen de agua de un canal es de 600 litros y el caudal de agua que entra en el contenedor es de 300 litros/h, el tiempo de retención sería de 2 horas (600 litros ÷ 300 litros/h).
Filtración mecánica y biológica
La filtración mecánica y biológica en las unidades DWC es la misma que en las unidades NFT que se describe en la sección 4.4.2.
DWC crecen canales, construcción y plantación
Los canales pueden ser de longitudes variables, de uno a decenas de metros (Figura 4.71). En general, su longitud no es un problema, como se ve en la NFT, porque el gran volumen de agua permite un suministro adecuado de nutrientes. La nutrición óptima de las plantas en canales muy largos siempre debe permitir una entrada adecuada de agua y una re-oxigenación para garantizar que los nutrientes no se agoten y que las raíces puedan respirar. En lo que respecta al ancho, generalmente se recomienda ser el ancho estándar de una hoja de poliestireno, pero puede ser múltiplos de esto. Sin embargo, los canales más estrechos y largos permiten una mayor velocidad del agua que puede golpear beneficiosamente las raíces con flujos más grandes de nutrientes. La elección del ancho también debe
considerar la accesibilidad por parte del operador. La profundidad recomendada es de 30 cm para permitir un espacio adecuado en las raíces de la planta. Al igual que los tanques de peces, los canales pueden estar hechos de cualquier material inerte fuerte que pueda contener agua. Para unidades de pequeña escala, los materiales populares incluyen contenedores de plástico IBC fabricados o fibra de vidrio. Se pueden construir canales mucho más grandes utilizando longitudes de madera o bloques de hormigón forrados con láminas impermeables de calidad alimentaria. Si utiliza hormigón, asegúrese de que está sellado con un sellador no tóxico e impermeable para evitar que los minerales tóxicos potenciales se lixivien desde el hormigón hacia el agua del sistema.
Como se mencionó anteriormente, el tiempo de retención para cada canal en una unidad es de 1-4 horas, independientemente del tamaño real del canal. Esto permite una adecuada reposición de nutrientes en cada canal, aunque el volumen de agua y la cantidad de nutrientes en los canales profundos son suficientes para nutrir las plantas durante períodos más largos. El crecimiento de las plantas se beneficiará definitivamente de los caudales más rápidos y del agua turbulenta porque las raíces se verán afectadas por muchos más iones; mientras que los flujos más lentos y el agua casi estancada tendrían un impacto negativo en el crecimiento de las plantas.
La aireación de las unidades DWC es vital. En un canal densamente plantado, la demanda de oxígeno de las plantas puede causar que los niveles de DO se desplomen por debajo del mínimo. Cualquier descomposición de residuos sólidos presentes en el canal agravaría este problema, disminuyendo aún más la DO. Por lo tanto, se requiere aireación. El método más simple es colocar varias piedras de aire pequeñas en los canales (Figura 4.72).
Las piedras de aire deben liberar aproximadamente 4 litros de aire por minuto, y estar dispuestos cada 2-4 m2 del área del canal. Además, se pueden añadir sifones Venturi (ver Sección 4.2.5) a las tuberías de entrada de agua para airear el agua a medida que entra en el canal. Finalmente, se puede utilizar el método Kratky de DWC (Figura 4.73). En este método, se deja un espacio de 3-4 cm entre el poliestireno y el cuerpo de agua dentro del canal. Esto permite que el aire circule alrededor de la sección superior de las raíces de la planta. Este enfoque elimina la necesidad de piedras de aire en el canal ya que se suministran cantidades suficientes de oxígeno en el aire a las raíces. Otra ventaja de este método es evitar el contacto directo de los tallos de la planta con el agua, lo que reduce los riesgos de enfermedades de las plantas en la zona del cuello. Además, el aumento de la ventilación como resultado del aumento del espacio de aire favorece la disipación del calor del agua, lo cual es ideal en climas cálidos
No agregue pescado en los canales que puedan comer las raíces de las plantas, por ejemplo peces herbívoros como tilapia y carpa. Sin embargo, algunas pequeñas especies de peces carnívoros, como guppies, mollies o mosquitos, pueden utilizarse con éxito para manejar larvas de mosquitos, lo que puede convertirse en una gran molestia para los trabajadores y vecinos en algunas zonas.
Las láminas de poliestireno deben tener un cierto número de agujeros perforados para adaptarse a las copas de red (o cubos de esponja) utilizadas para sostener cada planta (Figura 4.74). La cantidad y ubicación de los agujeros está dictada por el tipo de vegetal y la distancia deseada entre las plantas, donde las plantas más pequeñas se pueden espaciar más de cerca. El apéndice 8 incluye detalles específicos y consejos útiles sobre cómo perforar los agujeros.
Las plántulas se pueden iniciar en un vivero de plantas dedicado (ver Sección 8.3) en bloques de suelo o en un medio sin suelo. Una vez que estas plántulas son lo suficientemente grandes como para manejarlas, pueden ser transferidas a tazas de red y plantadas en la unidad DWC (Figura 4.75). El espacio restante en la taza de red debe llenarse con medios hidropónicos, como grava volcánica, lana de roca o LECA, para apoyar la plántula. También es posible simplemente plantar una semilla directamente en las tazas de red en la parte superior de los medios de comunicación. Este método se recomienda a veces si las semillas vegetales son accesibles porque evita el choque del trasplante durante la replantación. Al cosechar, asegúrese de quitar toda la planta, incluidas las raíces y las hojas muertas, del canal. Después de la cosecha, las balsas deben limpiarse pero no dejarse secar para evitar matar las bacterias nitrificantes en la superficie sumergida de la balsa. Las unidades de gran escala deben limpiar las balsas con agua para eliminar la suciedad y los residuos vegetales y reposicionarlas inmediatamente en los canales para evitar cualquier estrés a las bacterias nitrificantes.
Caso especial DWC: baja densidad de peces, sin filtros
Las unidades Aquaponic DWC pueden diseñarse que no requieran filtración adicional externa (Figura 4.76). Estas unidades llevan una densidad de población muy baja (es decir, 1-1,5 kg de peces por m3 de acuario), y luego dependen principalmente del espacio de raíces de la planta y el área interior de los canales como área de superficie para albergar las bacterias nitrificantes. Las pantallas de malla simples capturan los grandes residuos sólidos, y los canales sirven como depósitos de sedimentación para residuos finos. La ventaja de este método es la reducción de la inversión económica inicial y los costos de capital, al tiempo que elimina la necesidad de contenedores y materiales de filtro adicionales, que pueden ser difíciles y costosos de obtener en algunos lugares. Sin embargo, una menor densidad de población producirá una menor producción de pescado. Al mismo tiempo, muchas empresas acuapónicas obtienen la gran mayoría de sus beneficios en el rendimiento de la planta en lugar de la producción de pescado, utilizando esencialmente el pescado como fuente de nutrientes. A menudo, este método requiere suplementación de nutrientes para asegurar el crecimiento de la planta. Si se considera este método, vale la pena evaluar la producción de pescado y planta deseada y considerar los costos y ganancias relativos.
Dinámica del flujo de agua
La principal diferencia entre los dos diseños (peces altos frente a peces bajos) es que el diseño de baja densidad no utiliza ninguno de los contenedores de filtración externos, mecánicos o biológicos. El agua fluye por gravedad desde la pecera directamente a los canales DWC, pasando a través de una pantalla de malla muy simple. A continuación, el agua se devuelve a un sumidero y se bombea de nuevo a los tanques de peces, o directamente a los tanques de peces sin un sumidero. El agua tanto en los tanques de peces como en los canales se airea con una bomba de aire. Los residuos de peces se descomponen nitrificando y mineralizando bacterias que viven en la superficie de la raíz de la planta y en las paredes del canal.
La densidad de la población de peces es un continuo, que se extiende desde densidades muy bajas que no necesitan filtros hasta densidades muy altas que necesitan filtros externos dedicados. Una solución simple para obtener mineralización adicional y biofiltración y para evitar la acumulación de residuos de sólidos en el fondo de los canales consiste en combinar la malla simple con una cesta de grava de guisantes o bolas de arcilla colocadas justo por encima del nivel del agua donde el agua sale del tanque de peces. La canasta actuaría como filtro de goteo con sus medios atrapando y mineralizando los sólidos. El agua que cae de la canasta también añadiría oxígeno a través de su efecto salpicaduras. Además, el uso de grava de guisantes tendría una acción amortiguadora contra la acidificación del agua después de la nitrificación. Otra opción puede incluir un biofiltro interno dentro del tanque de peces, que consiste en una simple bolsa de malla de material de biofiltro cerca de una piedra de aire. Esto puede ayudar a garantizar una biofiltración adecuada sin aumentar el costo de los biofiltros externos. Por último, aumentar el volumen total de agua sin aumentar la densidad de la población de peces, utilizando básicamente grandes tanques para pocos peces, puede ayudar a mitigar los problemas de calidad del agua al diluir los desechos y garantizar el tiempo adecuado para que el agricultor responda a los cambios antes de que los peces se estresen, aunque esto puede diluir los nutrientes disponibles y obstaculizar el crecimiento vegetal.
La menor densidad de peces también significa que el caudal de agua puede ser menor. Se puede usar una bomba más pequeña, lo que reduce el costo, pero asegúrese de que al menos la mitad del volumen total de los acuarios se intercambie por hora. De hecho, algunos investigadores han tenido éxito al retirar la bomba eléctrica todos juntos y confiar en el trabajo manual para el ciclo del agua dos veces al día. Sin embargo, estos sistemas dependen totalmente de una aireación adecuada. Aparte de estas diferencias, las recomendaciones para la construcción de tanques de peces y canales DWC son aplicables a este método de baja densidad de población.
Gestión de unidades de baja densidad
La principal diferencia con respecto a la gestión de las otras unidades, que se analiza con más detalle en el capítulo 8, es la menor densidad de población. La densidad de almacenamiento sugerida para estos tipos de sistemas es de 1-5 kg/m3 (en comparación con 10-20 kg/m3 para otros sistemas en este manual). Anteriormente, se ha sugerido que el equilibrio entre peces y plantas sigue la relación de velocidad de alimentación, lo que ayuda a calcular la cantidad de alimento para peces que entra en el sistema dada una superficie de cultivo establecida para las plantas. Estas unidades de baja densidad de población siguen la relación de velocidad de alimentación diaria sugerida de 40-50 g/m2, pero deben estar hacia el extremo inferior. Una técnica útil es permitir que los peces se alimenten durante 30 minutos, 2-3 veces al día, y luego eliminar todos los alimentos no consumidos. La sobrealimentación producirá una acumulación de residuos en los tanques de peces y canales, lo que provocará zonas anóxicas, malas condiciones de crecimiento, enfermedades y estrés de peces y plantas. Siempre, pero especialmente cuando se utiliza este método sin filtros, asegúrese de controlar de cerca las condiciones de calidad del agua y reducir la alimentación si se detectan niveles altos de amoníaco o nitrito.
Ventajas y desventajas de la baja densidad
La principal ventaja es una unidad más simple. Este sistema es más fácil de construir y más barato de comenzar, teniendo costos de capital más bajos. Los peces están menos estresados porque se cultivan en condiciones más espaciosas. En general, esta técnica puede ser muy útil para proyectos iniciales con bajo capital. Estos sistemas pueden ser muy útiles para cultivar peces de alto valor, como peces ornamentales, o cultivos especiales, como hierbas medicinales, donde la menor producción se compensa con mayor valor.
Sin embargo, una grave desventaja es que estas unidades son difíciles de ampliar. Se cultivan menos plantas y peces en un área determinada, por lo que son menos intensos que algunos de los sistemas anteriormente esbozados. Con el fin de producir una gran cantidad de alimentos, estos sistemas se volverían prohibitivamente grandes. Esencialmente, los biofiltros mecánicos externos son los que permiten que la acuapónica sea muy intensiva dentro de un área pequeña.
Además, la producción de peces no puede funcionar independientemente del componente hidropónico; las plantas deben estar en los canales en todo momento. Las raíces de las plantas proporcionan el área para el crecimiento de las bacterias, y sin estas raíces la biofiltración no sería suficiente para mantener el agua limpia para los peces. Si alguna vez fuera necesario cosechar todas las plantas a la vez, lo que puede ocurrir durante brotes de enfermedades, cambios de estación o eventos climáticos importantes, la reducción de la biofiltración causaría un alto estrés de amoníaco y peces. Por otro lado, con mecánicos externos y biofiltros, la producción de peces puede continuar sin la hidroponía como norma RAS.
*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *