Por: Milthon B. Lujan Monja
¿Acuaponía para garantizar el abastecimiento de alimentos?
El crecimiento de la población viene presionando a los ecosistemas naturales, y de producción de vegetales y animales, para producir más alimentos; sin embargo, la intensificación de los sistemas productivos suele venir acompañado por mayores impactos ambientales negativos.
En este sentido, se deben buscar alternativas de producción de alimentos que tengan un enfoque sustentable.
La acuaponía emerge como una tecnología de producción de alimentos que tiene la capacidad de condensar y comprimir la producción en espacio y lugares que normalmente no son usados para el cultivo de alimentos (Goddek et al 2019).
En este artículo queremos brindarte una visión general de la acuaponía; al final del mismo podrás encontrar referencias bibliográficas que podrán ayudarte a profundizar tus conocimientos en los sistemas de acuaponía.
¿Qué es acuaponía?
Acuaponia, según Hager et al (2021) es el nombre que se da al sistema de producción de alimentos que combina la acuicultura en recirculación con el cultivo de plantas en la ausencia de suelo (hidroponía). Rakocy (1999), Messer (¿) y Rakocy et al. (2003) indican que la acuaponia es el cultivo de peces (y otras especies acuáticas) y plantas en un sistema de recirculación cerrado.
De acuerdo a Diver (2006) y Goddek et al (2019) la acuaponía está ganando atención como un sistema bio-integrado de producción de alimentos, debido a que permite aprovechar los efluentes de los sistemas de circulación cerrados de acuicultura.
¿Cómo funciona la acuaponia?
En acuaponia, los efluentes ricos en nutrientes de los tanques de los peces son usados para fertilizar la producción hidropónica (Diver 2006).
En una unidad de recirculación de agua en donde se cultivan peces, el agua contiene los desechos metabólicos (heces) de los peces y alimento no consumido. El agua pasa primero por filtros mecánicos que capturan los desechos sólidos, y luego pasan a través de un biofiltro que oxida el amoníaco a nitrato.
Posteriormente el agua viaja a través de las camas de cultivo de vegetales, para que las plantas asimilen los nutrientes, y finalmente el agua retorna, purificada, al tanque de los peces.
En los sistemas de acuaponia, las raíces de las plantas y la rizobacterias remueven los nutrientes del agua; estos nutrientes (generados por las heces de los peces, algas y la descomposición de los alimentos) son contaminantes, que si no se remueven podrían alcanzar niveles tóxicos para los peces, pero dentro de un sistema acuapónico, sirve como fertilizante líquido para el crecimiento hidropónico de las plantas.
A su vez, las camas hidropónicas funcionan como un biofiltro, mejorando de esta forma la calidad del agua, que será recirculada nuevamente en los tanques de los peces.
Principios de los sistemas de acuaponia
La acuaponia tiene algunos principios que la gobiernan y de acuerdo a Adler et al (2000) estos son:
a. Los productos de desechos de un sistema biológico sirven como nutrientes para un segundo sistema biológico.
b. La integración de peces y plantas resulta en un policultivo que incrementa la diversidad y la producción de múltiples productos.
c. El agua es reusada a través de filtración biológica y la recirculación.
d. La producción local de alimentos provee acceso a alimentos más saludables e incrementa la economía local.
Clasificación de sistemas acuapónicos
Hager et al (2020) clasifican los sistemas de acuaponia en dos tipos: acoplados y desacoplados.
Sistema acuapónico acoplado
La acuaponia acoplada es la más empleada y se basa en “alimentar” al sistema acuapónico con cantidades conocidas de nutrientes. El alimento comercial de los peces provee el sustento para el crecimiento de las plantas y las bacterias (biofiltro).
Una de las limitaciones de la acuaponia acoplada es el amplio rango de condiciones de crecimiento para los peces, plantas y bacterias. De esta forma, la cantidad de nutrientes que son ideales para los peces, usualmente son inadecuados para las plantas.
Sistema acuapónico desacoplado
En la acuaponia desacoplada, los componentes del sistema de recirculación de agua y el sistema hidropónico están juntos, pero funcionan de forma separada, y se pueden controlar de forma independiente.
En los sistemas de acuaponia desacoplada, el agua de los sistemas hidropónicos no regresa a los tanques de cultivo de peces. El agua que se pierde por transpiración y evaporación en la unidad hidropónica es reemplazada con agua del sistema de recirculación en acuicultura, que a su vez es reemplazada con agua nueva.
La acuaponia desacoplada permite un mayor control, y que cada sistema funcione en su rango óptimo.
Tipos de sistemas de acuaponía basado en el componente hidropónico
Recsetar y Kelly (2015) clasifican los sistemas de acuaponía en base a el componente hidropónico, así tenemos a los sistemas de raíz flotante (cultivos en agua profunda), sistemas de la técnica de la película de nutrientes (NFT) y sistemas de inundación y drenaje.
Sistema de raíz flotante (Cultivo en agua profunda)
El sistema de raíz flotante (DWC) incluye el crecimiento de las plantas en planchas de poliestireno que flotan en una columna de agua de 12 a 24 pulgadas. De esta forma, las raíces de las plantas están directamente sumergidas en el agua rica en nutrientes.
Se requiere de una efectiva filtración de sólidos para prevenir que los sólidos entren a las camas de cultivo de las plantas y obstruyan las raíces de las plantas. Asimismo se debe proveer aireación para mantener niveles adecuados de oxígeno para las raíces de las plantas y las bacterias beneficiosas.
Los sistemas de raíz flotantes son generalmente usados en la acuaponia comercial para la producción de hierbas y verduras de hoja. Frutas como los tomates y pepinos pueden cultivarse con éxito con apropiadas densidades de nutrientes y estructuras de apoyo.
Técnica de la película de nutrientes (NFT)
El sistema de la técnica de la película de nutrientes (NFT) incluye una columna de agua rica en nutrientes que fluye entre la tubería.
Los sistemas NFT, de igual forma que DWC, requiere de una adecuada filtración de los sólidos para evitar la contaminación de las raíces de las plantas. Asimismo, los sistemas de la técnica de la película de nutrientes necesitan un biofiltro separado, debido a que los canales no proveen el área superficial necesaria para el crecimiento de las bacterias nitrificantes.
Los sistemas NFT son usados comúnmente en sistemas comerciales para la producción de hierbas y verduras de hojas, aunque las personas utilizan este diseño para maximizar el espacio en el hogar.
Sistema de inundación y drenaje o sistemas lechos de sustratos
Los sistemas de inundación y drenaje incluyen el cultivo de plantas en un medio de grava que regularmente se llena y drena con un agua rica en nutrientes.
El flujo y reflujo del agua en el lecho de cultivo permite la aireación de las raíces y ayuda a prevenir condiciones anaeróbicas.
El sistema de inundación y drenaje se usa con frecuencia para la acuaponía casera debido a los relativos pocos componentes y fácil construcción y operación.
Una variedad de materiales pueden ser usados como sustrato, incluido grava, roca de lava, guijarros de arcilla expandidas y otros medios inertes; el uso podría estar limitado por la disponibilidad local de los materiales.
¿Cómo hacer un sistema de acuaponía?
La mayoría de sistemas acuapónicos siguen la regla básica del diseño u “orden de operaciones”. Los principales componentes son: un tanque de cultivo para los peces, filtración de sólidos, filtración biológica, componentes hidropónicos y sumidero.
Somerville et al, (2014) publicó una guía paso a paso para la construcción de un sistema de acuaponía a pequeña escala, documento que puedes encontrar el documento al final del artículo.
Sin embargo, a continuación brindaremos una pequeña descripción de cada componente principal de un sistema de acuaponía.
Tanque de cultivo
Los tanques comerciales son elaborados de materiales estables a UV como el polietileno de alta densidad (HDPE), plástico o fibra de vidrio.
Las dimensiones de los tanques de cultivo de los peces dependerá de la especie, estado de desarrollo, densidad de cultivo, proyecciones de producción, entre otros aspectos.
Filtración de sólidos
La filtración efectiva de sólidos es un componente importante para el buen funcionamiento del sistema y potencialmente es un aspecto importante que influye en la eficiencia de todos los otros procesos.
Los sólidos son mayormente producidos por el alimento no consumido, los desechos de los peces, y las biopelículas de las bacterias. Si los sólidos no son removidos, las raíces de las plantas no podrán asimilar los nutrientes.
Las dos categorías principales de filtración de sólidos son la sedimentación y la filtración mecánica.
Biofiltro para acuaponia
La filtración biológica (biofiltro) se refiere a la reducción del amoníaco en nitrito, y luego a nitrato por medio de las bacterias nitrificantes.
Las bacterias nitrificantes viven en la superficie de un medio contenedor en un tanque, que se denomina biofiltro. En el biofiltro las bacterias convierten los desechos de los peces en nutrientes accesibles para las plantas.
Hidroponía o cultivo de plantas sin suelo
La parte hidropónica del sistema de acuaponia abarca la mayor parte del área de la instalación. Los expertos reportan tres diseños principales: lechos de sustratos (también conocida como inundación y drenaje), cultivo en aguas profundas y NFT.
Sumidero
El sumidero es el punto más bajo del sistema y donde se recolecta el agua para ser distribuida en todo el sistema.
Las muestras de agua para determinar su calidad deben ser tomadas en el sumidero.
¿Qué plantas se pueden cultivar en acuaponía?
En muchos emprendimientos comerciales de acuaponía, la producción de plantas es más rentable que la de peces. Sin embargo, existen excepciones, y algunos productores obtienen más ingresos de los peces más valiosos (Somerville et al, 2014).
A la fecha existen más de 150 diferentes plantas (verduras, hierbas, flores y árboles pequeños) que han sido cultivadas con éxito en los sistemas acuapónicos, incluido en unidades de investigación, casera y comercial.
Para encontrar los requerimientos para el cultivo de cada planta puedes revisar el apéndice 1 de la publicación de Somerville et al (2014) en las referencias.
Lechuga, hierbas, verduras (espinaca, cebollino, albahaca y berro), tomates, pepinos, pimiento (Diver 2006) y flores (Messer ¿), son algunas de las especies que se pueden emplear en los sistemas acuapónicos.
Los productores en acuaponía suelen cultivar verduras de hoja verde, que tienen una valor por unidad bajo y un alto rendimiento; la lechuga, la acelga, la col rizada, la albahaca y otras hierbas suelen estar listas para la cosecha entre 3-5 semanas después del trasplante, lo que genera un flujo de ingresos constantes.
Por otro lado, las plantas fructíferas como los tomates, los pepinos y los pimientos tardan entre 10 y 16 semanas para ser cosechados, resultando en períodos de crecimiento más prolongados y menores rendimientos, pero tienen un valor individual más alto.
Sin embargo, la elección de las plantas para acuaponia deben tener en consideración el mercado, el tipo de sistema de acuaponía y los requerimientos de nutrientes.
Peces para acuaponia
La elección de peces para acuaponia se debe realizar en base a las características y rusticidad de la especie, el tipo de sistema, etc; al respecto, Pinho et al (2021) recomienda que la elección de los peces para acuaponia se debe basar en los siguientes criterios:
a) Peces que sean tolerantes a un amplio rango de parámetros de calidad del agua.
b) Peces que soportan un rango de pH de 5.5 a 6.5, debido a que en este rango los nutrientes están más disponibles para las plantas.
c) Peces que sean tolerantes a altos niveles nitratos, que es crucial para determinar el área de cultivo de las plantas.
d) La elección de la especie de pez a cultivar en los sistemas de acuaponia también dependerá de la demanda y las características del mercado.
e) El tipo de sistema de acuaponia: acoplado o desacoplado.
Varias especies de aguas cálidas y frías están adaptadas a los sistemas de recirculación de la acuicultura; entre ellas se incluyen a la tilapia, trucha, perca, Artic char y peces ornamentales.
De todas estas especies la que se ha adaptado mejor es la tilapia, esta especie es tolerante a condiciones fluctuantes del agua, como el pH, temperatura, oxígeno y sólidos disueltos, y cumple con la mayoría de los criterios.
Según reporta Pinho et al (2021) existen investigaciones en cultivos acuapónicos que han trabajado con: jundia o bagre plateado (Rhamdia quelen), jurel lambari (Astyanax lacustris), pacú (Piaractus mesopotamicus), tambaqui (Colossoma macropomum) y róbalo (Centropomus spp.).
Como puede apreciar existe un amplio rango de especies que puedes elegir para tu sistema de acuaponia; sin embargo, recomiendo que tengas en cuenta los criterios comentados para garantizar un menor riesgo, pero sobre todo que tipo de pescado está demandando tu mercado objetivo.
Acuaponia casera
El tamaño de tu sistema es otra importante consideración cuando vas a establecer un emprendimiento en acuaponia. Mientras más grande es el sistema, más tiempo y esfuerzo es necesario para su mantenimiento.
La acuaponia casera (acuaponia en casa o acuaponia de patio trasero) es una gran forma para producir tu propio alimento, y también puede servir como una herramienta útil para aprendizaje para las escuelas y comunidades.
Las unidades acuapónicas con un tanque para el cultivo de peces de cerca de 1,000 litros y un espacio de cultivo de cerca de 3 m2 son consideradas pequeñas, y son apropiadas para la producción doméstica (acuaponía en casa).
El principal objetivo de la acuaponía casera es la producción de alimentos para la subsistencia y el uso doméstico.
Recsetar y Kelly (2015) reportan que la inversión para un sistema de acuaponia casera puede variar de US$100 si tienes un acuario (volumen de 10 galones) para el cultivo de hierbas, hasta US$ 50,000 si quieres comprar un invernaderos, dependiendo del tamaño del sistema y los materiales usados en su construcción.
Ventajas de los sistemas de acuaponia
La acuaponía ofrece muchas ventajas. Al respecto, Messer (¿) indica que entre las ventajas de acuaponia se incluye: el prolongado re-uso del agua y la minimización de las descargas; además la integración de los sistemas de producción de peces y plantas permite un ahorro de costos (Adler et al. 2000) con lo que se mejora la rentabilidad de los sistemas de acuicultura.
Algunas experiencias de cultivos acuapónicos
Trucha arco iris – lechuga y albahaca dulce
Adler et al. (2000) describió la relación económica entre un sistema de recirculación para la producción de 22 680 kg de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss) y una unidad de tratamiento hidropónico, para el cultivo de lechuga (Lactuca sativa) y albahaca dulce (Ocimum basilicum). Esta unidad hidropónica era capaz de reducir las concentración de los niveles de fósforo en los efluentes de la piscigranja a menos de 0.1 mg L-1.
Se determinó que la integración de los sistemas de producción de peces y plantas, genera ahorros económicos, que cada sistema individual. Asimismo, el análisis de inversión demostró la rentabilidad del sistema combinado para un periodo de vida útil de 20 años. La tasa interna de retorno (TIR), para una inversión de $244,720, fue de 12.5%.
Tilapia – albahaca
Rakocy et al. (2003) realizaron un experimento en un sistema acuapónico de escala comercial (0.05 ha) ubicado en el trópico. La producción proyectada anual de tilapia fue de 4.37 t; mientras que la producción de albahaca fue de 2.0, 1.8 y 0.6 kg m-2 usando los sistemas de producción en lotes, escalonadas y en campo, respectivamente. La producción anual proyectada del sistema fue de 5.0 t de albahaca con la producción escalonada. Los síntomas de la deficiencia de nutrientes sólo aparecieron en el cultivo de albahaca en lotes.
Asimismo, Rakocy et al. (2004) reportaron que en pruebas con tilapia del Nilo (77 peces m-3) y roja (154 peces m-3) y con cosechas cada 6 semanas, las producciones promedio de las últimas 20 cosechas fueron de 61.5 kg m-3 para tilapia del Nilo y 70.7 kg m-3 para tilapia roja. El peso promedio fue de 813.8 g para tilapia del Nilo y 512.5 g para tilapia roja. La producción anual estimada es de 4.16 t para tilapia del Nilo y 4.78 t para tilapia roja.
Mújol – lechuga – salicornia (espárrago de mar)
Investigadores del IRTA de Sant Carles de la Ràpita trabajaron con mújol, lechugas y salicornia. En un área de 18 m2 y un período de tiempo de 90 días, ellos lograron cosechar 90 kg de lechugas, y en una segunda fase obtuvieron 250 kg de espárrago de mar.
Puedes encontrar mayor información del estudio de acuaponía con mújol (lisa), lechugas y espárrago de mar aquí.
¿Es rentable la acuaponia?
Para responder a la pregunta debemos tener en consideración las especies que vas a cultivar, el sistema de acuaponia, los costos de producción y, principalmente, el mercado.
Al respecto, Bosma et al (2017) concluye que la acuaponia sólo es rentable en las regiones del mundo donde el pescado y los vegetales son caros. De esta forma, debes tener en consideración los precios que alcanzan el pescado y los vegetales en tu mercado objetivo.
Baganz et al (2020) detalló que un sistema de acuaponia es rentable si las instalaciones son lo suficientemente grandes (economía de escala), los criterios que debes tener en consideración incluyen la inversión necesaria, el entorno del mercado, la diversificación, las capacidades técnicas, entre otros.
Al respecto Turnsek et al (2020) destaca que las startup de acuaponia fracasan debido a la insuficiente inversión inicial y a la falta de experiencia y habilidades de los emprendedores.
En el caso de sistemas de acuaponia casera son rentables si no se tiene en cuenta el costo de la mano de obra. Lobillo et al (2020) concluyó, en sus investigaciones con sistemas de acuaponia, que son rentables sin incluir los costos de mano de obra. En este sentido, es recomendable implementar sistemas de acuaponia caseras o de pequeña escala como complemento a las actividades agrícolas, ganaderas o piscicultura.
Finalmente, una reciente publicación científica de Silva et al (2021) ofrece una guía para que tu emprendimiento de acuaponía sea rentable.
Perspectivas
La acuaponia se presenta como una alternativa viable, que se puede integrar a los sistemas de circulación cerrados en la acuicultura. La práctica de la acuaponia se constituye en una alternativa viable para la reducción de costos y para la diversificación productiva de las unidades de acuicultura.
Sin embargo, la técnica de la acuaponia aún requiere de una mayor investigación para establecer procedimientos más asequibles a los pequeños productores acuícolas.
Asimismo, si estás gestionando un sistema de acuaponía debes tener en cuenta estas recomendaciones de manejo de acuaponía brindados por FAO.
Finalmente, si deseas mejorar tus competencias en el diseño y gestión de un sistema de acuaponía, puedes llevar este curso gratuito de acuaponía.
Referencias bibliográficas
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