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La acuapónica acoplada depende de los nutrientes que se proporcionan de las unidades de peces, ya sea un RAS intensivo comercial o tanques almacenados en condiciones extensas en operaciones más pequeñas. La densidad de los peces en este último suele ser de entre 15 y 20 kg/msup3/sup (tilapia, carpa), pero la producción extensa de bagre africano puede ser superior a 50 kg/msup3/sup. Estas diferentes densidades de almacenamiento tienen una influencia significativa en los flujos nutritivos y la disponibilidad de nutrientes para las plantas, en la exigencia de control y ajuste de la calidad del agua, así como en las prácticas de manejo adecuadas.

La calidad del agua del proceso con respecto a las concentraciones de nutrientes depende principalmente de la composición del pienso y de las respectivas tasas de rotación de los peces. La diferencia entre la entrada de alimento y los nutrientes de los piensos, asimilados en el interior de los peces o perdidos por el mantenimiento del sistema, es igual al máximo potencial de los nutrientes disponibles de las plantas procedentes de la acuicultura. Como se señaló anteriormente, las concentraciones de nutrientes deben ajustarse a los niveles, lo que permite que las plantas crezcan de manera efectiva. Sin embargo, no todas las especies de peces son capaces de soportar tales condiciones. En consecuencia, especies de peces resistentes como el bagre africano, Tilapia o la carpa son candidatos acuapónicos preferidos. En la Universidad de Rostock se analizó el bagre entero y su dieta estándar como valores de salida e insumo para identificar las tasas de rotación de los macronutrientes N, P, K, Ca, Mg y S y los micronutrientes Fe, Mn, Mo, Cu, Zn y Se. Con la excepción de P, más del 50% de los nutrientes alimentarios administrados a los peces no se retienen en su cuerpo y pueden considerarse potencialmente disponibles como nutrientes vegetales (Strauch et al. 2018; Fig. 7.12). Sin embargo, estos nutrientes no se distribuyen por igual dentro del agua de proceso y los sedimentos. Especialmente macronutrientes (N, P, K) se acumulan tanto en el agua de proceso como en el interior de la fracción sólida, mientras que los micronutrientes, como el hierro, desaparecen en la fracción sólida separada por el clarificador. La figura 7.13 muestra la producción de nutrientes por limpieza clarificante después de 6 días de recolección de lodos en un pez siluro africano intensivo RAS. Las proporciones de nutrientes esenciales vegetales que se unen en los sólidos en relación con las cantidades respectivas que aparecen disueltas son significativas: N = 48%, P = 61%, K = 10%, Ca = 48%, Mg = 16%, S = 11%, Fe = 99%, Mn = 86%, Mo = 100%, Zn = 48% y Cu = 55%.

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Fig. 7.12 Nutrientes no utilizados en la acuicultura de bagre africano que están potencialmente disponibles para la producción de plantas acuapónicas (datos originales)

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Fig. 7.13 Distribución de macro y micronutrientes dentro del agua de proceso y de los sólidos. (Datos de Strauch et al. (2018))

Un factor clave de gestión es la disponibilidad de oxígeno dentro del sistema, que es crucial para mantener alta la concentración de nitrato disponible en la planta en el agua de proceso. Los clarificadores convencionales que se aplican en muchas RAS eliminan los desechos sólidos ricos en carbono de la recirculación, pero los dejarán en contacto con el agua de proceso hasta el siguiente intervalo de limpieza del tanque de sedimentación. Durante este tiempo, la materia orgánica rica en carbono se utiliza como fuente de energía mediante la desnitrificación de bacterias, lo que representa pérdidas significativas de nitrato. Se desgasta como nitrógeno en la atmósfera y se pierde. En condiciones de producción intensivas, grandes cantidades de lodos orgánicos se acumularán dentro de los tanques de sedimentación, con consecuencias para el mantenimiento, la sustitución por agua dulce y, posteriormente, para la composición de nutrientes dentro del agua de proceso. La figura 7.14 ilustra las concentraciones de nutrientes en los tanques de almacenamiento del bagre africano RAS bajo tres densidades de población diferentes (extensa: 35 peces/tanque, semiintensivo: 70 peces/tanque, intensivo: 140 peces/tanque). Cuanto mayor sea la densidad de almacenamiento y menor sea el contenido de oxígeno resultante dentro del sistema, menor será el nitrato disponible por kg de alimento dentro del sistema.

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Fig. 7.14 N-presupuesto por kg de alimento y nivel de oxígeno en la acuicultura de bagre africano bajo tres densidades de población diferentes (datos originales)

En general, con el aumento de la intensidad de los peces, la disponibilidad de oxígeno dentro del sistema disminuye debido al consumo del oxígeno por los peces y la digestión de lodos aeróbicos dentro del clarificador y los subsistemas hidropónicos. Los niveles de oxígeno pueden mantenerse en niveles más altos, pero esto requiere una inversión adicional para el monitoreo y control del oxígeno. Este tema es de tremenda importancia para la acuapónica acoplada, desde el inicio de la fase de planificación de los sistemas, ya que los diferentes escenarios son decisivos para la producción de pescado planificada, la calidad resultante del agua de proceso para las unidades de producción de la planta y, por consiguiente, para la economía sostenibilidad. Cuatro principios de sistemas de producción acuapónicos acoplados con consecuencias de manejo en términos de diseño de sistemas, procedimientos de mantenimiento y disponibilidad de nutrientes para el crecimiento de plantas, con transiciones entre ellos, se pueden definir de la siguiente manera:

  • Producción extensa, peces resistentes al oxígeno (por ejemplo tilapia, carpa), sin control de oxígeno, OSub2/sub superior a 6 mg/L, poco uso de agua con altas concentraciones de nutrientes, pequeña inversión, baja DBO, alto nitrato por kg de pienso.

  • Producción intensiva, peces resistentes al oxígeno (por ejemplo, bagre africano), sin control de oxígeno, OSub2/sub por debajo de 6 mg/L, alto uso de agua, inversión media, alta DBO, baja concentración de nitrato por kg de pienso, alta concentración de nutrientes.

  • Producción extensa, peces que requieren oxígeno (por ejemplo, trucha), control de oxígeno, OSub2/sub por encima de 6—8 mg/L, alto uso de agua, inversión media, DBO bajo, nitrato alto por kg de pienso, concentraciones bajas de nutrientes.

  • Producción intensiva, peces que requieren oxígeno (por ejemplo, trucha, lucioperca), control de oxígeno, OSub2/sub por encima de 6—8 mg/L, alto uso de agua, alta inversión, baja DBO, nitrato medio por kg de pienso.

Además de la densidad de almacenamiento y la cantidad media de oxígeno dentro del sistema, el régimen de producción de la planta, es decir, el cultivo por lotes o escalonado, tiene consecuencias para los nutrientes disponibles en la planta dentro del agua de proceso (Palm et al. 2019). Este es el caso especialmente en el caso de los peces de crecimiento rápido, donde el aumento del alimento durante el ciclo de producción puede ser tan rápido que necesita un mayor tipo de cambio de agua y, por lo tanto, la dilución de nutrientes puede aumentar, con consecuencias para la composición y el manejo de nutrientes.

Los mismos procesos óxicos o anóxicos que ocurren en el RAS como parte del sistema aquapónico acoplado también ocurren dentro de los subsistemas hidropónicos. Por lo tanto, la disponibilidad de oxígeno y posiblemente la aireación del agua de la planta pueden ser cruciales para optimizar la calidad del agua para un buen crecimiento de la planta. El oxígeno permite a las bacterias heterotróficas convertir los nutrientes orgánicos ligados a la fase disuelta (es decir, nitrógeno proteico en amoníaco) y las bacterias nitrificantes para convertir el amoníaco en nitrato. La disponibilidad de oxígeno en el agua también reduce el metabolismo microbiano anoxico (es decir, bacterias reductoras de nitrato y/o sulfato, Comeau 2008), procesos que pueden tener enormes efectos en la reducción de las concentraciones de nutrientes. La aireación de las raíces también tiene la ventaja de que el agua y los nutrientes se transportan a la superficie de la raíz, y de que se eliminan las partículas que se depositan en la superficie de la raíz (Somerville et al. 2014).


Aquaponics Food Production Systems

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