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Actualmente, los practicantes acuapónicos que operan un sistema acoplado están relativamente indefensos frente a enfermedades vegetales cuando ocurren, especialmente en el caso de patógenos radiculares. No se ha desarrollado ningún plaguicida ni biopesticida específicamente para uso acuapónico (Rakocy 2007; Rakocy 2012; Somerville et al. 2014; Bittsanszky et al. 2015; Sirakov et al. 2016). En resumen, todavía faltan métodos curativos. Sólo Somerville et al. (2014) enumeran los compuestos inorgánicos que pueden usarse contra hongos en acuapónica. En cualquier caso, es obligatorio un diagnóstico adecuado del patógeno o patógenos causantes de la enfermedad a fin de identificar el objetivo o objetivos para las medidas curativas. Este diagnóstico requiere una buena experiencia en términos de capacidad de observación, comprensión del ciclo de patógenos vegetales y análisis de la situación. Sin embargo, en caso de síntomas generalistas (no específicos) y dependiendo del grado de precisión necesario, a menudo es necesario utilizar técnicas de laboratorio para validar la hipótesis con respecto al agente causal (Lepoivre 2003). Postma et al. (2008) revisaron los diferentes métodos para detectar patógenos vegetales en hidroponía y se identificaron cuatro grupos:

  1. Observación macroscópica directa y microscópica del patógeno

  2. Aislamiento del patógeno

  3. Uso de métodos serológicos

  4. Uso de métodos moleculares

14.3.1 Métodos no biológicos de protección

Las buenas prácticas agrícolas (GAP) para el control de patógenos vegetales son las diversas acciones destinadas a limitar las enfermedades de los cultivos tanto para el rendimiento como para la calidad de los productos (FAO 2008). Las GAP transposables a la acuapónica son esencialmente prácticas físicas o de cultivo no curativas que pueden dividirse en medidas preventivas y tratamiento del agua.

Medidas preventivas

Las medidas preventivas tienen dos propósitos distintos. El primero es evitar la entrada del inóculo patógeno en el sistema y el segundo es limitar (i) la infección vegetal, (ii) el desarrollo y (iii) la propagación del patógeno durante el período de crecimiento. Las medidas preventivas destinadas a evitar la entrada del inóculo inicial en el invernadero son, por ejemplo, un período de barbecho, una sala específica para el saneamiento, el saneamiento de las salas (por ejemplo, la eliminación de desechos vegetales y la desinfección de la superficie), ropa específica, semillas certificadas, una sala específica para la germinación de plantas y barreras (contra insectos vectores) (Stanghellini y Rasmussen 1994; Jarvis 1992; Albajes et al. 2002; Somerville et al. 2014; Parvatha Reddy 2016). Entre las prácticas más importantes utilizadas para el segundo tipo de medidas preventivas se encuentran el uso de variedades vegetales resistentes, la desinfección de herramientas, la evitación de tensiones abióticas de las plantas, el buen espaciamiento de las plantas, la evitación del desarrollo de algas y el manejo de las condiciones ambientales. La última medida, es decir, la gestión de las condiciones ambientales, significa controlar todos los parámetros de invernadero para evitar o limitar las enfermedades interviniendo en su ciclo biológico (ibíd.). Generalmente, en estructuras de invernadero a gran escala, se utilizan programas informáticos y algoritmos para calcular los parámetros óptimos que permiten tanto la producción de plantas como el control de enfermedades. Los parámetros medidos, entre otros, son la temperatura (del aire y la solución nutritiva), la humedad, el déficit de presión de vapor, la velocidad del viento, la probabilidad de rocío, la humedad de las hojas y la ventilación (ibíd.). El practicante actúa sobre estos parámetros manipulando el calentamiento, la ventilación, el sombreado, el suplemento de luces, el enfriamiento y el empañamiento (ibíd.).

Tratamiento del agua

Los tratamientos físicos del agua pueden emplearse para controlar posibles patógenos del agua. La filtración (tamaño de poro inferior a 10 μm), el calor y los tratamientos UV se encuentran entre los más eficaces para eliminar patógenos sin efectos nocivos sobre la salud de los peces y las plantas (Ehret et al. 2001; Hong y Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009; Timmons y Ebeling 2010). Estas técnicas permiten controlar los brotes de enfermedades disminuyendo el inóculo, la cantidad de patógenos y sus etapas de proliferación en el sistema de riego (ibíd.). La desinfección física disminuye los patógenos del agua a un cierto nivel dependiendo de la agresividad del tratamiento. En general, el objetivo de la desinfección por calor y UV es la reducción de la población inicial de microorganismos entre un 90 y un 99,9% (ibíd.). La técnica de filtración más utilizada es la filtración lenta debido a su fiabilidad y a su bajo costo. Los sustratos de filtración generalmente utilizados son arena, lana de roca o pozzolana (ibíd.). La eficiencia de filtración depende esencialmente del tamaño y el flujo de los poros. Para ser eficaz como tratamiento de desinfección, la filtración debe lograrse con un tamaño de poro inferior a 10 μm y un caudal de 100 l/msup2/sup/h, incluso si los parámetros de menor unión muestran un rendimiento satisfactorio (ibíd.). La filtración lenta no elimina todos los patógenos; más del 90% de las bacterias aeróbicas totales permanecen en el efluente (ibíd.). Sin embargo, permite la supresión de residuos vegetales, algas, partículas pequeñas y algunas enfermedades transmitidas por el suelo como Pythium y Phytophthora (la eficiencia depende del género). Los filtros lentos no actúan solo por acción física, sino que también muestran una actividad supresora microbiana, gracias a los microorganismos antagónicos, como se explica en la sección 14.2.3 (Hong y Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009; Vallance et al. 2010). El tratamiento térmico es muy efectivo contra los patógenos vegetales. Sin embargo, requiere temperaturas que alcancen 95 C durante al menos 10 segundos para suprimir todo tipo de patógenos, virus incluidos. Esta práctica consume mucha energía e impone refrigeración por agua (intercambiador de calor y tanque de transición) antes de la reinyección del agua tratada de nuevo en el circuito de riego. Además, tiene la desventaja de matar a todos los microorganismos, incluidos los beneficiosos (Hong y Moorman 2005; Postma et al. 2008; Van Os 2009). La última técnica y probablemente la más aplicada es la desinfección UV. El 20,8% de los practicantes de la UE Aquaponics Hub la utilizan (Villarroel et al. 2016). La radiación UV tiene una longitud de onda de 200 a 280 nm. Tiene un efecto perjudicial sobre los microorganismos por daño directo del ADN. Dependiendo del patógeno y de la turbulencia del agua, la dosis de energía varía entre 100 y 250 mJ/CmSup2/SUP para ser efectiva (Postma et al. 2008; Van Os 2009).

Los tratamientos físicos del agua eliminan la mayoría de los patógenos del agua entrante, pero no pueden erradicar la enfermedad cuando ya está presente en el sistema. El tratamiento físico del agua no cubre toda el agua (especialmente la zona de agua estancada cerca de las raíces), ni el tejido vegetal infectado. Por ejemplo, los tratamientos UV a menudo no suprimen la pudrición de la raíz Pythium (Sutton et al. 2006). Sin embargo, si el tratamiento físico del agua permite una reducción de los patógenos vegetales, teóricamente, también tienen un efecto sobre los microorganismos no patógenos que potencialmente actúan sobre la supresión de la enfermedad. En realidad, los tratamientos térmicos y UV crean un vacío microbiológico, mientras que la filtración lenta produce un cambio en la composición de la microbiota del efluente, lo que da lugar a una mayor capacidad de supresión de la enfermedad (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010). A pesar de que los rayos UV y el tratamiento térmico en hidroponía eliminan más del 90% de los microorganismos en el agua recirculante, no se observó disminución de la supresión de la enfermedad. Esto se debió probablemente a una cantidad demasiado baja de agua tratada y a una recontaminación del agua tras el contacto con el sistema de riego, las raíces y los medios vegetales (ibíd.).

El tratamiento del agua acuapónica por medio de productos químicos está limitado en la aplicación continua. La ozonización es una técnica utilizada en acuicultura recirculada y en hidroponía. El tratamiento con ozono tiene la ventaja de eliminar todos los patógenos, incluidos los virus, en determinadas condiciones, y de descomponerse rápidamente en oxígeno (Hong y Moorman 2005; Van Os 2009; Timmons y Ebeling 2010; Gonçalves y Gagnon 2011). Sin embargo, tiene varias desventajas. La introducción de ozono en el agua cruda puede producir subproductos oxidantes y una cantidad significativa de oxidantes residuales (por ejemplo, compuestos bromados y aniones haloxi tóxicos para los peces) que deben eliminarse, por radiación UV, por ejemplo, antes de volver a la parte del pescado (revisado por Gonçalves y Gagnon 2011). Además, el tratamiento con ozono es costoso, es irritante para las membranas mucosas en caso de exposición humana, necesita períodos de contacto de 1 a 30 minutos a un rango de concentración de 0,1—2,0 mg/L, necesita un sumidero temporal para reducir completamente de OSub3/sub a OSub2/sub y puede oxidar elementos presentes en la solución nutritiva , como los quelatos de hierro, y por lo tanto no están disponibles para las plantas (Hong y Moorman 2005; Van Os 2009; Timmons y Ebeling 2010; Gonçalves y Gagnon 2011).

14.3.2 Métodos biológicos de protección

En hidroponía, numerosos artículos científicos revisan el uso de microorganismos antagónicos (es decir, capaces de inhibir otros organismos) para controlar los patógenos vegetales, pero hasta ahora no se ha llevado a cabo ninguna investigación para su uso en acuapónica. El modo de acción de estos microorganismos antagónicos es según Campbell (1989)), Whipps (2001) y Narayanasamy (2013) agrupados en:

  1. Competencia por nutrientes y nichos

  2. Parasitismo

  3. Antibiosis

  4. Inducción de resistencia a enfermedades en plantas

Los experimentos de introducción de microorganismos en sistemas acuapónicos se han centrado en el aumento de la nitrificación mediante la adición de bacterias nitrificantes (Zou et al. 2016) o el uso de promotores de crecimiento vegetal (PGPR) como Azospirillum brasilense y Bacillus spp. para aumentar el rendimiento de la planta (Mangmang et al. 2014; Mangmang y otros 2015a; Mangmang et al. 2015b; Mangmang et al. 2015c; da Silva Cerozi y Fitzsimmons 2016; Bartelme et al. 2018). Existe ahora una necesidad urgente de trabajar en agentes de biocontrol (ACB) contra patógenos vegetales en acuapónica en relación con el uso restringido de tratamientos curativos sintéticos, el alto valor del cultivo y el aumento de los sistemas acuapónicos en el mundo. Los ACB se definen, en este contexto, como virus, bacterias y hongos que ejercen efectos antagónicos sobre patógenos vegetales (Campbell 1989; Narayanasamy 2013).

En general, la introducción de un BCA se considera más fácil en sistemas sin suelo. De hecho, el entorno de raíces hidropónicas es más accesible que en el suelo y la microbiota del sustrato también está desequilibrada debido a un vacío biológico. Además, las condiciones ambientales del invernadero pueden ser manipuladas para satisfacer las necesidades de crecimiento de BCA. Teóricamente, todas estas características permiten una mejor introducción, establecimiento e interacción del BCA con plantas en hidroponía que en el suelo (Paulitz y Bélgica 2001; Postma et al. 2009; Vallance et al. 2010). Sin embargo, en la práctica, la efectividad de la inoculación de BCA para controlar patógenos radiculares puede ser altamente variable en sistemas sin suelo (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010; Montagne et al. 2017). Una explicación de esto es que la selección de BCA se basa en pruebas in vitro que no representan condiciones reales y, posteriormente, una débil adaptación de estos microorganismos al medio acuático utilizado en hidroponía o acuapónica (Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010). Para controlar los patógenos vegetales y, sobre todo, los responsables de las pudriciones radiculares, es necesario seleccionar e identificar los microorganismos implicados en los sistemas acuáticos que muestran actividad supresora contra los patógenos vegetales. En el cultivo sin suelo, se pueden recoger varios microorganismos antagónicos debido a que su ciclo biológico es similar a los patógenos radiculares o su capacidad para crecer en condiciones acuosas. Tal es el caso de especies y bacterias no patógenas Pythium y Fusarium, donde Pseudomonas, Bacillus y Lysobacter son los géneros más representados en la literatura (Paulitz y Bélgica 2001; Khan et al. 2003; Chatterton et al. 2004; Folman et al. 2004; Sutton et al. 2006; Liu et al.. 2007; Postma et al. 2008; Postma y otros 2009; Vallance y otros 2010; Sopher y Sutton 2011; Hultberg y otros 2011; Lee y Lee 2015; Martin y Loper 1999; Moruzzi et al. 2017; Thongkamngam y Jaenaksorn 2017). También se ha estudiado la adición directa de algunos metabolitos microbianos, como los biosurfactantes (Stanghellini y Miller 1997; Nielsen et al. 2006; Nielsen et al. 2006). Aunque algunos microorganismos son eficientes en el control de patógenos radiculares, hay otros problemas que deben superarse para producir un biopesticida. Los principales desafíos son determinar los medios de inoculación, la densidad del inóculo, la formulación del producto (Montagne et al. 2017), el método para la producción de cantidad suficiente a bajo costo y el almacenamiento del producto formulado. Los estudios ecotoxicológicos sobre peces y microorganismos vivos beneficiosos en el sistema son también un punto importante. Otra posibilidad que podría explotarse es el uso de un complejo de agentes antagónicos, como se observa en técnicas de suelo supresor (Spadaro y Gullino 2005; Vallance et al. 2010). De hecho, los microorganismos pueden trabajar en sinergia o con modos de acción complementarios (ibíd.). La adición de enmiendas también podría aumentar el potencial de BCA actuando como prebióticos (véase Sect. 14.4).


Aquaponics Food Production Systems

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