Capítulo 12 Acuapónica: Tipos y enfoques alternativos

Benz Kotzen, Maurício Gustavo Coelho Emerenciano, Navid Moheimani y Gavin M. Burnell

Resumen Aunque la acuapónica puede considerarse en la etapa media del desarrollo, hay una serie de métodos aliados y novedosos de producción de alimentos que se alinean con la acuapónica y que también se pueden fusionar con aquapónica para entregar alimentos de manera eficiente y productiva. Estas tecnologías incluyen algeponics, aeroponics, aeroaquapónica, marapónica, haloponía, tecnología biofloc y acuapónica vertical. Aunque algunos de estos sistemas han sido sometidos a muchos años de ensayos e investigaciones, en la mayoría de los casos, se requiere mucha más investigación científica para comprender los procesos intrínsecos dentro de los sistemas, la eficiencia, los aspectos de diseño, etc., aparte de la capacidad, las capacidades y los beneficios de unir estos sistemas con acuapónica.

Palabras clave Alternativas acuapónicas · Algeponics · Aeroponics · Aquaeroponics · Biofloc Technologies · Digeponics · Haloponics · Marapónica · Vermiponía · Aquapónica vertical

• 12.1 Introducción
• 12.2 Aeroponía
• 12.3 Algeponics
• 12.4 Marapónica y Haloponía
• 12.5 Acuapónica Vertical
• 12.6 Tecnología Biofloc (BFT) aplicada para acuapónica
• 12.7 Digeponics
• 12.8 Vermiponía y acuapónica
• Referencias

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B. Kotzen

Escuela de Diseño, Universidad de Greenwich, Londres, Reino Unido

M. G. C. Emerenciano

Universidad Estatal de Santa Catarina (UDESC), Laboratorio de Acuicultura (LAQ), Laguna, SC, Brasil

CSIRO Agricultura y Alimentación, Programa de Acuicultura, Bribie Island Research Centre, Bribie Island, QLD, Woorim, Australia

N. Moheimani

Director del Centro de Investigación y Desarrollo de Algas, Facultad de Veterinaria y Ciencias de la Vida, Universidad Murdoch, Murdoch, Australia

G. M. Burnell

Facultad de Ciencias Biológicas, de la Tierra y del Medio Ambiente, Universidad de Cork, Cork, Irlanda

© El Autor (es) 2019 301

S. Goddek y otros (eds.), Aquaponics Food Production Systems, https://doi.org/10.1007/978-3-030-15943-6_12

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Referencias

Addy MM, Kabir F, Zhang R, Lu Q, Deng X, Corriente D, Griffith R, Ma Y, Zhou W, Chen P, Ruan R (2017) Cocultivo de microalgas en sistemas acuapónicos. Bioresour Technol 245 (2017) :27—34

Adhikary S (2012) Vermicompost, la historia del oro orgánico: una revisión. Agricult Sci 3 (7). https://doi. org/10.4236/as.2012.37110

Al-Hafedh YS, Alam A, Beltagi MS (2008) Producción de alimentos y conservación del agua en un sistema acuapónico recirculante en Arabia Saudita con diferentes proporciones de alimento para peces a plantas. J World Aquacult Soc 39 (4) :510—520

Appelbaum S, Kotzen B (2016) Nuevas investigaciones sobre acuapónica utilizando recursos hídricos salobres del desierto del Negev. Ecocycles Scientific J Eur Ecocycl Soc 2 (2) :26—35. ISSN 2416-2140 https://doi.org/10.19040/ecocycles.v2i2.53

Arnold J (2017) Negocio de invernadero: costos de puesta en marcha, beneficios y mano de obra, 19 de abril de 2017. https://blog. brightagrotech.com/author/jason-arnold

Arnold SJ, Sellars MJ, Crocos PJ, Coman GJ (2006) Evaluación de la densidad de población en la producción intensiva de camarón tigre marrón juvenil (Penaeus esculentus). Acuicultura 256 (1) :174—179

Avnimelech Y (2015) Tecnología Biofloc: una guía práctica, 3rd edn. La Sociedad Mundial de Acuicultura, Baton Rouge

Ayre JM, Moheimani NR, Borowitzka MA (2017) Crecimiento de microalgas en digestato anaeróbico no diluido de efluente porcinoso con altas concentraciones de amonio. Alga Res 24:218 —226

Badgery-Parker J, James L (2010) Producción comercial de pepino en invernadero. Agricultura de Nueva Gales del Sur, Naranja

Ballester ELC, Abreu PC, Cavalli RO, Emerenciano M, De Abreu L, Wasielesky W Jr (2010) Efecto de dietas prácticas con diferentes niveles proteicos sobre el desempeño de juveniles Farfantepenaeus paulensis criados en un sistema intensivo de flotas microbianas suspendidas de intercambio cero. Aquac Nutr 16 (2) :163—172

Tecnología Barbosa M (2017) Biofloc: ¿los elementos filtrantes podrían afectar la producción acuapónica de lechuga integrada con tilapia? Tesis presentada en el programa de posgrado en ciencias animales, Universidad Estatal de Santa Catarina (Grado de Maestría en Ciencias), Chapecó, Santa Catarina, Brasil, diciembre 2017

Borowitzka MA (1999) Producción comercial de microalgas: estanques, tanques, tubos y fermentadores. J Biotechnol 70 (1—3) :313—321

Borowitzka MA, Moheimani NR (2013) Sistemas abiertos de cultivo de estanques. En: Algas para biocombustibles y energía. Springer, Dordrecht

Brown EJ, Button DK (1979) Cinética de crecimiento limitada con fosfato de Selenastrum capricornutum (CHLOROPHYCEAE). J Phycol 15 (3) :305

Bugbee B (2017) Economía de la iluminación LED. En: Gupta D (ed) Diodos emisores de luz para la agricultura — iluminación inteligente. Springer, Singapur

Chisholm SW, Brand LE (1981) Persistencia de la fase de división celular en fitoplancton marino en luz continua después del arrastre a la luz: ciclos oscuros. J Exp Mar Biol Ecol 51 (2—3) :107—118

Clawson JM, Hoehn A, Stodieck LS, Todd P, Stoner RJ (2000) NASA — revisión de aeroponía — aeroponía para el crecimiento de plantas de vuelo espacial. Aeroponics DIY https://aeroponicsdiy.com/nasareview-of-aeroponics

Cangrejo R, Chielens B, Wille M, Bossier P, Verstraete W (2010) Efecto de diferentes fuentes de carbono sobre el valor nutricional del biofloc, un alimento para postlarvas Macrobrachium rosenbergii. Aquac Res 41:559-567

Croft MT, Lawrence AD, Raux-Deery E, Warren MJ, Smith AG (2005) Las algas adquieren vitamina B 12 a través de una relación simbiótica con las bacterias. Naturaleza 438 (7064) :90

Delrue F, Álvarez-Díaz PD, Fon-Sing S, Fleury G, Sassi JF (2016) La biorefinería ambiental: el uso de microalgas para remediar las aguas residuales, un paradigma de ganar-ganar. Energías 9 (3) :132

Deppeler S, Petrou K, Schulz KG, Westwood K, Pearce I, McKinlay J, Davidson A (2018) La acidificación oceánica de una comunidad microbiana marina antártica costera revela un umbral crítico para la tolerancia COSub2/sub en la productividad del fitoplancton. Biogeociencias 15 (1) :209—231

Droop MR (1973) Algunas reflexiones sobre la limitación de nutrientes en algas. J Phycol 9 (3) :264—272

Dufault RJ, Korkmaz A (2000) Potencial de biosólidos de la acuicultura de camarón como fertilizante en la producción de pimiento. Compost Sci Util 3:310 —319

Dufault RJ, Korkmaz A, Ward B (2001) Potencial de biosólidos de la acuicultura de camarón como fertilizante para la producción de brócoli. Compost Sci Util 9:107 —114

Durigon EG, Sgnaulin T, Pinho SM, Brol J, Emerenciano MGC (2017) Bioflocos e seus benefícios nutricionais na pré-engorda de tilápias. Acuacult Brasil 8:50 —54

Emerenciano M, Cuzon G, Goguenheim J, Gaxiola G (2011) Contribución Floc sobre el rendimiento de desove del camarón azul Litopenaeus stylirostris. Aquac Res 44 (1) :75—85

Emerenciano MGC, Ballester ELC, Cavalli RO, Wasielesky W (2012) Aplicación de la tecnología Biofloc como fuente de alimento en un sistema limitado de vivero de intercambio de agua para camarones rosados Farfantepenaeus brasiliensis (Latreille, 1817). Aquac Res 43 (3) :447—457

Emerenciano M, Gaxiola G, Cuzon G (2013) Tecnología Biofloc (BFT): una revisión para la aplicación de la acuicultura y la industria alimentaria animal. En: Biomasa ahora cultivo y utilización. InTech, Rijeka

Emerenciano MGC, Martínez-Córdova LR, Martínez-Porchas M, Miranda-Baeza A (2017) Tecnología Biofloc (BFT): una herramienta para la gestión de la calidad del agua en acuicultura, calidad del agua, In: Hlanganani Tutu (ed). InTech

Furtado PS, Poersch LH, Wasielesky W (2011) Efecto del hidróxido de calcio, carbonato y bicarbonato de sodio sobre la calidad del agua y el rendimiento zootécnico del camarón Litopenaeus vannamei criado en sistemas de tecnología bio-flolocs (BFT). Acuicultura 321:130 —135

Galloway JN, Dentener FJ, Capone DG, Boyer EW, Howarth RW, Seitzinger SP, Asner GP (2004) Ciclos de nitrógeno: pasado, presente y futuro. Biogeoquímica 70 (2) :153—226

Gordon JM, Polle JE (2007) Bioproductividad ultra alta a partir de algas. Appl Microbiol Biotechnol 76 (5) :969—975

Gunning D, Maguire J, Burnell G (2016) El desarrollo de sistemas sostenibles de producción de alimentos a base de agua salada: una revisión de conceptos establecidos y novedosos. Agua 8 (12) :598. https://doi. org/10.3390/w8120598

Gupta D (ed) (2017) Diodos emisores de luz para la agricultura — Iluminación inteligente. Springer, Singapur

Hikosaka Y, Kanechi M, Uno Y (2014) Una novedosa técnica aeropónica que utiliza fertirrigación por pulverización de niebla seca para cultivar lechuga de hoja (Lactuca sativa L. var. crispa) con hidroponía de ahorro de agua. Adv Hortic Sci 28 (4) :184—189

Joesting HM, Blaylock R, Biber P, Ray A (2016) El uso de residuos sólidos de acuicultura marina para vivero de plantas salinas Spartina alterniflora y Juncus roemerianus. Aquac Rep 3:108 —114

Khandaker M, Kotzen B (2018) El potencial de combinar sistemas de cultivo de muros vivos y verticales con acuapónica con especial énfasis en sustratos. Acuacult Res 23 de enero de 2018. https://doi.org/10.1111/are.13601

Kotzen B, Appelbaum S (2010) Una investigación de acuapónica utilizando recursos hídricos salobres en el desierto del Negev. J Appl Acuacult 22 (4) :297—320. ISSN 1045-4438 (impreso), 1545-0805 (en línea). https://doi.org/10.1080/10454438.2010.527571

König B, Junge R, Bittsanszky A, Villarroel M, Komives T (2016) Sobre la sostenibilidad de la acuapónica. Ecociclos 2 (1) :26—32

Kuhn DD, Boardman GD (2008) Uso de flotas microbianas generadas a partir del efluente Tilapia como suplemento nutricional para camarones, Litopenaeus vannamei, en sistemas acuícolas recirculantes. J World Aquacult Soc 39:72 —82

Lakhiar IA, Gao J, Naz ST, Chandio FA, Buttar NA (2018) Tecnologías modernas de cultivo de plantas en la agricultura bajo medio ambiente controlado: una revisión sobre aeroponía. J Plant Interact 13 (1) :338—352. https://doi.org/10.1080/17429145.2018.1472308

Langton RW, Haines KC, Lyon RE (1977) Nitrógeno amoniaco producido por el molusco bivalvo Tapes japonica y su recuperación por el alga roja Hypnea musciformis en un sistema de maricultura tropical. Helgol Wiss Meeresunters 30:217 —229

Lenz GL, Durigon EG, Lapa KG, Emerenciano MGC (2017) Produção de alface (Lactuca sativa) em efluentes de um cultivo de tilápias mantidas em sistema BFT em baixa salinidade. Bol Inst Pesca 43:614 —630

Martínez-Córdova LR, Emerenciano M, Miranda-Baeza A, Martínez-Porchas M (2015) Sistemas microbianos para acuicultura de peces y camarones: una revisión actualizada. Rev Aquac 7 (2) :131—148

Martínez-Córdova LR, Martínez-Porchas M, Emerenciano MG, Miranda-Baeza A, Gollas-Galván T (2017) De los microbios a los peces la próxima revolución en la producción de alimentos. Crit Rev Biotechnol 37:287-295

Megahed M (2010) El efecto del biofloc microbiano sobre la calidad del agua, la supervivencia y el crecimiento del camarón tigre verde (Penaeus semisulcatus) alimentado con diferentes niveles de proteína cruda. J Arab Aquacult Soc 5:119 —142

Moheimani NR (2016) Cultivo Tetraselmis suecica para la biorremediación COSub2/sub de gases de combustión no tratados de una central eléctrica a carbón. J Appl Phycol 28 (4) :2139—2146

Moheimani NR, Borowitzka MA (2007) Límites a la productividad del alga Pleurochrysis carterae (Haptophyta) cultivado en estanques de caminos de rodadura al aire libre. Biotechnol Bioeng 96 (1) :27—36

Moheimani NR, Parlevliet D (2013) Conversión sostenible de la energía solar a la energía química y eléctrica. Renovar Sust Energ Rev 27:494-504

Moheimani NR, Isdepsky A, Lisec J, Raes E, Borowitzka MA (2011) Cultivo de algas cocolitofóridas en fotobiorreactores cerrados. Biotechnol Bioeng 108 (9) :2078—2087

Moheimani NR, Webb JP, Borowitzka MA (2012) Biorremediación y otras aplicaciones potenciales de algas cocolitoforidas: una revisión. Alga Res 1 (2) :120—133

Moheimani NR, Parlevliet D, McHenry MP, Bahri PA, de Boer K (2015) Pasado, presente y futuro de los desarrollos de cultivo de microalgas. En: Biomasa y biocombustibles de microalgas. Springer, Cham, pp 1—18

Moheimani NR, Vadiveloo A, Ayre JM, Pluske JR (2018) Perfil nutricional y digestibilidad in vitro de microalgas cultivadas en efluentes de cerdo digeridos anaeróbicamente. Alga Res 35:362-369

Muñoz R, Guieysse B (2006) Alga—Procesos bacterianos para el tratamiento de contaminantes peligrosos: una revisión. Agua Res 40 (15) :2799—2815

Spinoff de la NASA, Experiments Advance Jardinería en el Hogar y en el Espacio, https://spinoff.nasa.gov/ Spinoff2008/ch_3.html

National Geographic, Acerca de la lombriz de tierra común, https://www.nationalgeographic.com/ani mals/invertebrates/c/common-earthworm

Neori A, Shpigel M, Ben-Ezra D (2000) Un sistema integrado sostenible para el cultivo de peces, algas y abulón. Acuicultura 186:279 —291

Nwoba EG, Ayre JM, Moheimani NR, Ubi BE, Ogbonna JC (2016) Comparación del crecimiento de microalgas en fotobiorreactor tubular y estanque abierto para tratar efluentes de digestión anaeróbica. Alga Res 17:268-276

Nwoba EG, Moheimani NR, Ubi BE, Ogbonna JC, Vadiveloo A, Pluske JR, Huisman JM (2017) Cultivo de macroalgas para tratar efluentes de digestión anaeróbica (ADPE). Bioresour Technol 227:15-23

Oswald WJ (1988) Papel de las microalgas en el tratamiento y recuperación de residuos líquidos. En: Lembi CA, Robert Waaland J (eds) Algas y asuntos humanos. Patrocinado por la Phycological Society of America, Inc.

Oswald WJ, Gotaas HB (1957) Fotosíntesis en el tratamiento de aguas residuales. Trans Am Soc Civ Eng 122 (1) :73—105

Park JBK, Craggs RJ (2010) Tratamiento de aguas residuales y producción de algas en estanques de algas de alta velocidad con adición de dióxido de carbono. Agua Sci Technol 61 (3) :633—639

Parkin GF, Owen WF (1986) Fundamentos de la digestión anaeróbica de lodos de aguas residuales. J Environ Esp 112 (5) :867—920

Pinheiro I, Arantes R, Santo CME, Seiffert WQ (2017) Producción de halófito Sarcocornia ambigua y camarón blanco del Pacífico en un sistema aquapónico con tecnología biofloc. Ecol Eng 100:261 —267

Pinho SM (2018) Tilapia vivero en sistemas acuapónicos con tecnología de bioflocs. Una tesis presentada en el Centro Acuícola de la Universidad Estatal de Sao Paulo. Maestría en Ciencias, Jaboticabal, Sao Paulo, Brasil, Febrero 2018

Pinho SM, Molinari D, De Mello GL, Fitzsimmons KM, Emerenciano MGC (2017) Efluente de una tecnología biofloc (BFT) Tilapia sobre la producción acuapónica de diferentes variedades de lechuga. Ecol Eng 103:146 —153

Poleo G, Aranbarrio JV, Mendoza L, Romero O (2011) Cultivo de cachama blanca en altas densidades y en dos sistemas cerrados. Pesq Agrop Brasileira 46 (4) :429—437

Poli MA, Schveitzer R, Nuñerr APO (2015) El uso de la tecnología biofloc en una incubadora de bagre sudamericana (Rhamdia quelen): efecto de sólidos en suspensión en el rendimiento de larvas. Aquac Esp 66:17 —21

Rahman SSA (2010) Caracterización del agua efluente de unidades de cultivo intensivo de Tilapia y su aplicación en una planta de producción acuapónica integrada de lechuga. Una tesis presentada a la facultad de posgrado. Universidad de Auburn, Maestría en Ciencias, Auburn Alabama, 13 de diciembre de 2010

Rakocy JE (2012) Aquaponics — integración del cultivo de peces y plantas. En: Tidwell JH (ed) Sistemas de Producción Acuícola, 1st edn. Wiley-Blackwell, Oxford, pp 343—386

Ray AJ, Lewis BL, Browdy CL, Leffler JW (2010) Eliminación de sólidos suspendidos para mejorar la producción de camarones (Litopenaeus vannamei) y una evaluación de un pienso vegetal en sistemas de cultivo superintensivo de intercambio mínimo. Acuicultura 299:89 —98

Richmond A, Becker EW (1986) Aspectos tecnológicos del cultivo en masa, un esquema general. En: Manual del CRC sobre el cultivo de masas de microalgas, CRC Press, Boca Raton, pp 245-263

Rocha AF, Biazzetti Filho ML, Stech MR, Silva RP (2017) Producción de lechuga en sistemas acuapónicos y biofloc con bagre plateado Rhamdia quelen. Bol Inst Pesca 44:64 —73

Schoumans OF, Chardon WJ, Bechmann ME, Gascuel-Odoux C, Hofman G, Kronvang B et al (2014) Opciones de mitigación para reducir las pérdidas de fósforo del sector agrícola y mejorar la calidad de las aguas superficiales: una revisión. Sci Total Environ 468:1255 —1266

Sgnaulin T, Mello GL, Thomas MC, Esquivel-Garcia JR, Oca GARM, Emerenciano MGC (2018) Biofloc technology (BFT): un sistema de acuicultura alternativo para Piracanjuba Brycon orbignyanus? Acuicultura 485:119 —123

Sharpley AN, Kleinman PJ, Heathwaite AL, Gburek WJ, Folmar GJ, Schmidt JP (2008) Pérdida de fósforo de una cuenca agrícola en función del tamaño de la tormenta. J Environ Qual 37 (2) :362-368

Shifrin NS, Chisholm SW (1981) Lípidos fitoplancton: diferencias interespecíficas y efectos de nitrato, silicato y ciclos claro-oscuro. J Phycol 17 (4) :374—384

Smith VH (1983) Las bajas proporciones de nitrógeno a fósforo favorecen el dominio de las algas azul-verdosas en el fitoplancton del lago. Ciencia 221 (4611) :669—671

Stoknes K, Scholwin F, Krzesiński W, Wojciechowska E, Jasińska A (2016) Eficiencia de un nuevo sistema de «alimentos para desperdiciar en alimentos» que incluye la digestión anaeróbica de residuos alimentarios y el cultivo de verduras en digestato en un invernadero aislado de burbujas. Residuos Manag 56:466 —476. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.06.027

Stokstad E (2010) Abajo en la granja de camarones. Ciencia 328:1504 —1505

Storey, A., 2015, Vertical farming costs and the math detrás de ellos, publicado el 6 de octubre de 2015 https://blog.brightagrotech.com/vertical-farming-costs-and-the-math-back-them/

Tibbitts TW, Cao W y Wheeler RM (1994) Crecimiento de patatas para CELSS. Informe del contratista de la NASA 177646

Touliatos D, Dodd IC, McAinsh M (2016) La agricultura vertical aumenta el rendimiento de lechuga por unidad de área en comparación con la hidropónica horizontal convencional. Seguridad Alimentaria y Energética 5 (3) :184—191

Turcios AE, Papenbrock J (2014) Tratamiento sostenible de efluentes acuícolas: ¿qué podemos aprender para el pasado para el futuro? Sostenibilidad 6:836 —856

Virsile A, Olle M, Duchovskis P (2017) Iluminación LED en horticultura. En: Gupta D (ed) Diodos emisores de luz para la agricultura — iluminación inteligente. Springer, Singapur

Waller U, Buhmann AK, Ernst A, Hanke V, Kulakowski A, Wecker B, Orellana J, Papenbrock J (2015) Acuicultura multitrófica integrada en un sistema de recirculación de intercambio cero para la producción de peces marinos y halofitos hidropónicos. Aquac Int 23:1473 —1489

Weathers PJ, Zobel RW (1992) 1992, Aeroponía para el cultivo de organismos. Células de tejidos Biotechnol Adv 10 (1) :93—115

Wijihastuti RS, Moheimani NR, Bahri PA, Cosgrove JJ, Watanabe MM (2017) Crecimiento y actividad fotosintética de biofilms Botryococcus braunii. J Appl Phycol 29 (3) :1123—1134

Zhao Z, Xu Q, Luo L, Wang CA, Li J, Wang L (2014) El efecto de la relación C/N de alimentación promovió bioflocs sobre la calidad del agua y el rendimiento de producción de carpas alimentadoras de fondo y filtro en el sistema de policultivo de estanques con mínimo intercambio de agua. Acuicultura 434:442 —448

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