Impacto Ambiental

Acuaponia-bioponia para recuperar el nitrógeno de los residuos y efluentes

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By Milthon Lujan

Tailandia – La acuaponia-bioponia se constituyen en un nuevo enfoque de economía circular para maximizar la recuperación del nitrógeno de los residuos o efluentes.

Un equipo de investigadores de la Chulalongkorn University, de la Shandong University (China), Korea University, Columbia University (EE.UU), Can Tho University (Vietnam), University of Hawai‘i (EE.UU) presenta una revisión científica del concepto de acuaponia-bioponia para la recuperación del nitrógeno; y caracteriza el estado del arte.

La acuaponia-bioponia es una tecnología emergente en donde no se usa el suelo para la recuperación de nitrógeno, y que vincula la producción orgánica de vegetales a la remediación de los efluentes de la acuicultura (acuaponia) o el reciclaje de residuos orgánicos (bioponia).

A continuación te ofrecemos un resumen del informe científico, pero si quieren profundizar más en este nuevo enfoque puedes descargar el paper al final.

El ciclo del nitrógeno

El ciclo del nitrógeno es críticamente importante para todas las especies dentro de un ecosistema debido a que provee nutrientes para la biosíntesis y el mantenimiento del balance entre productores y consumidores.

La agricultura convencional afecta el ciclo natural del nitrógeno con el uso excesivo de fertilizantes ricos en amoniaco.

Los fertilizantes ricos en amoniaco son aplicados de forma intensiva a los cultivos para incrementar la producción de alimentos. No obstante, la eficiencia de recuperación de nitrógeno de los cultivos es solo del 30 al 50%, y una cantidad significativa se pierde en los cuerpos de agua.

La alta concentración de nitrógeno en los cuerpos de aguas naturales causa las floraciones algales y la emisión de óxido nitroso, un gas de efecto invernadero.

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Redireccionar los desechos nitrogenados de la agricultura hacia el ciclo del nitrógeno como fuente orgánica del fertilizante nitrogenado, podría proveer un enfoque sostenible a largo plazo para gestionar el problema de los desechos nitrogenados.

Bioponia

La bioponia es una modificación de la hidroponía que emplea los recursos recuperados para los cultivos orgánicos.

La parte importante de la bioponia son los microorganismos que degradan y metabolizan los sustratos orgánicos y continuamente liberan los nutrientes vegetales al sistema de bioponia.

La bioponia combina los méritos de la agricultura orgánica y la hidroponía, a la vez que se eliminan sus respectivas desventajas cuando funcionan de forma individual.

Acuaponia

La acuaponia integra la acuicultura y la hidroponía, proveyendo una forma de recuperación del nitrógeno de los efluentes del nitrógeno.

La mayor fuente de nitrógeno en la acuaponia es el alimento de los peces, y el efluente de la acuicultura rico en nitrógeno es el principal sustrato para las plantas.

El fertilizante orgánico usado en la bioponia puede complementar a la acuaponia para mejorar la disponibilidad de nutrientes para las plantas.

La acuaponia-bioponia puede eliminar el costo del tratamiento de desechos orgánicos mediante el aprovechamiento de los mismos en la producción de alimentos orgánicos de alto valor.

Aplicación acuaponia-bioponia

Un sistema de acuaponia-bioponia consiste de una cama de cultivo hidropónico, un biofiltro (para nitrificación), un separador de sólidos, y una zona de lixiviación de nutrientes.

Los efluentes de acuacultura sirven como la principal fuente de nutrientes en los sistemas acuapónicos, mientras que los residuos orgánicos, o del compostaje orgánico, son fuentes de nutrientes en los sistemas bioponicos.

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Generación y utilización de nutrientes

Los compost orgánicos y los lodos secos son los principales sustratos en los sistemas de acuaponia-bioponia, y son excelentes sustratos suplementarios en la acuaponia.

La calidad del compost orgánico (nitrógeno total, fósforo total, potasio) depende de la materia orgánica y los contenidos de nutrientes de los materiales.

Los residuos y efluentes ricos en nutrientes pueden proveer una cantidad significativa de nitrógeno para la asimilación de las plantas en la acuaponia-bioponia; sin embargo, se debe determinar la cantidad óptima.

Una deficiencia de nitrógeno afecta el crecimiento de las plantas; mientras que un exceso de nitrógeno puede conducir a una reducción en el uso eficiente del nitrógeno.

La cantidad óptima de los desechos nitrogenados necesarios en un sistema puede ser determinada con la estimación de la dinámica de la generación de nitrógeno (ingreso de nitrógeno) y el uso del nitrógeno (asimilación por la planta) en el sistema.

Consideraciones de ingeniería en sistemas de acuaponia-bioponia

La acuaponia-bioponia es un proceso mediado por los microbios, y el establecimiento de una comunidad microbiana deseada es importante para la operación eficiente de los sistemas.

El diseño y operación de un sistema acuapónico-bioponico requiere vincular la comunidad microbiana a la ingeniería de procesos; aquí, debe aplicarse el enfoque de ingeniería ambiental sobre la remoción biológica de nutrientes.

Conclusión

La acuaponia-bioponia es una emergente tecnología de recuperación de recursos que produce alimentos y otros cultivos a través del modelo de bioeconomía circular verde.

Este es un sistema biológico sin suelo que integra el reciclaje de los residuos orgánicos con el cultivo orgánico.

Sin embargo, los investigadores destacan la importancia de conocer los conceptos de bioingeniería que vinculan el ciclo del nitrógeno al microbioma de la acuaponia-bioponia para mantener una efectiva recuperación del nitrógeno y la productividad del cultivo.

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Referencia (acceso abierto):
Sumeth Wongkiew, Zhen Hu, Jae Woo Lee, Kartik Chandran, Hua Thai Nhan, Kyle Rafael Marcelino, and Samir Kumar Khanal. 2021. Nitrogen Recovery via Aquaponics–Bioponics: Engineering Considerations and Perspectives. ACS ES&T Engineering Article ASAP DOI: 10.1021/acsestengg.0c00196

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