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Capítulo 1 Acuapónica y Desafíos Alimentarios Mundiales

1. 1.1 Introducción

   Original publication 2019 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   La producción de alimentos depende de la disponibilidad de recursos, como la tierra, el agua dulce, la energía fósil y los nutrientes (Conijn et al. 2018), y el consumo actual o la degradación de estos recursos excede su tasa de regeneración mundial (Van Vuuren et al. 2010). El concepto de límites planetarios (Fig. 1.1) tiene por objeto definir los límites ambientales dentro de los cuales la humanidad puede operar con seguridad con respecto a los escasos recursos (Rockström et al. 2009). Los límites del flujo bioquímico que limitan el suministro de alimentos son más estrictos que el cambio climático (Steffen et al. 2015). Además del reciclaje de nutrientes, los cambios dietéticos y la prevención de residuos son integralmente necesarios para transformar la producción actual (Conijn et al. 2018; Kahiluoto et al. 2014). Así, un gran desafío global es cambiar el modelo económico basado en el crecimiento hacia un paradigma ecoeconómico equilibrado que reemplace el crecimiento infinito con el desarrollo sostenible (Manelli 2016). Para mantener un paradigma equilibrado, se requieren sistemas de cultivo innovadores y ecológicamente más racionales, de manera que las compensaciones entre las necesidades humanas inmediatas puedan equilibrarse, manteniendo al mismo tiempo la capacidad de la biosfera para proporcionar los bienes y servicios necesarios (Ehrlich y Harte 2015).

   El diagrama no está disponible en esta copia migrada; consulte la edición original.

   Fig. 1.1 Estado actual de las variables de control para siete de los límites planetarios descritos por Steffen et al. (2015). La zona verde es el espacio operativo seguro, el amarillo representa la zona de incertidumbre (riesgo creciente), el rojo es una zona de alto riesgo y los límites de la zona gris son los que aún no se han cuantificado. Las variables esbozadas en azul (es decir, cambio del sistema terrestre, uso de agua dulce y flujos bioquímicos) indican los límites planetarios que la acuapónica puede tener un impacto positivo en

   En este contexto, la acuapónica ha sido identificada como un enfoque agrícola que, a través del reciclaje de nutrientes y residuos, puede ayudar a abordar tanto las fronteras planetarias (Fig. 1.1) como los objetivos de desarrollo sostenible, especialmente para las regiones áridas o las zonas con suelos no cultivables (Goddek y Körner 2019; Appelbaum y Kotzen 2016; Kotzen y Appelbaum 2010). La acuapónica también se propone como solución para el uso de tierras marginales en zonas urbanas para la producción de alimentos más cerca de los mercados. En un momento dado, en gran parte, una tecnología de traspatio (Bernstein 2011), la acuapónica está creciendo rápidamente hacia la producción a escala industrial, ya que las mejoras técnicas en el diseño y la práctica permiten aumentar significativamente la capacidad de producción y la eficiencia de la producción. Una de estas áreas de evolución está en el campo de los sistemas acuapónicos acoplados vs. desacoplados. Los diseños tradicionales para sistemas acuapónicos de un bucle comprenden tanto unidades acuícolas como hidropónicas entre las cuales se recircula el agua. En esos sistemas tradicionales, es necesario comprometer las condiciones de ambos subsistemas en términos de pH, temperatura y concentraciones de nutrientes (Goddek et al. 2015; Kloas et al. 2015) (véase Cap. 7). Sin embargo, un sistema acuapónico desacoplado puede reducir la necesidad de compensaciones separando los componentes, permitiendo así optimizar las condiciones de cada subsistema. La utilización de digestores de lodos es otra forma clave de maximizar la eficiencia mediante la reutilización de desechos sólidos (Emerenciano et al. 2017; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2015). Aunque muchas de las instalaciones más grandes del mundo se encuentran todavía en regiones áridas (por ejemplo, la Península Arábiga, Australia y el África subsahariana), esta tecnología también se está adoptando en otros lugares, ya que los avances en el diseño han hecho cada vez más que la acuapónica no sólo una empresa que ahorra agua, sino también una energía y nutrientes eficientes sistema de reciclaje.

2. 1.2 Oferta y demanda

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   La Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible hace hincapié en la necesidad de hacer frente a los desafíos globales, que van desde el cambio climático hasta la pobreza, con una alta prioridad a la producción sostenible de alimentos (Brandi 2017; ONU 2017). Como se refleja en el segundo Objetivo de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (ONU 2017), uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta el mundo es cómo garantizar que una población mundial en crecimiento, que se prevé que aumente a alrededor de 10 mil millones para 2050, pueda satisfacer sus necesidades nutricionales. Para alimentar a otros dos mil millones de personas para 2050, la producción de alimentos tendrá que aumentar un 50% a nivel mundial (FAO 2017). Si bien será necesario producir más alimentos, hay una disminución de la mano de obra rural debido al aumento de la urbanización (dos Santos 2016). La población rural mundial ha disminuido del 66,4% al 46,1% en el período comprendido entre 1960 y 2015 (FAO 2017). Mientras que, en 2017, las poblaciones urbanas representaron más del 54% de la población mundial total, casi todo el crecimiento futuro de la población mundial se producirá en áreas urbanas, de manera que para 2050, el 66% de la población mundial vivirá en ciudades (ONU 2014). Esta creciente urbanización de las ciudades va acompañada de una creciente red de sistemas de infraestructura, incluidas las redes de transporte.

   Para garantizar la seguridad alimentaria mundial, la producción total de alimentos tendrá que aumentar en más del 70% en las próximas décadas para alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio (FAO 2009), que incluyen la «erradicación de la pobreza extrema y el hambre» y también «garantizar la sostenibilidad medioambiental». Al mismo tiempo, la producción de alimentos se enfrentará inevitablemente a otros desafíos, como el cambio climático, la contaminación, la pérdida de biodiversidad, la pérdida de polinizadores y la degradación de las tierras cultivables. Estas condiciones requieren la adopción de rápidos avances tecnológicos, métodos de producción más eficientes y sostenibles y cadenas de suministro de alimentos más eficientes y sostenibles, dado que aproximadamente 1.000 millones de personas ya están desnutridas crónicamente, mientras que los sistemas agrícolas siguen degradando la tierra, agua y biodiversidad a escala mundial (Foley et al. 2011; Godfray et al. 2010).

   Estudios recientes muestran que las tendencias actuales de la mejora del rendimiento agrícola no serán suficientes para satisfacer la demanda mundial de alimentos proyectada para 2050, lo que sugiere además que será necesaria una expansión de las zonas agrícolas (Bajželj et al. 2014). Sin embargo, la degradación generalizada de la tierra junto con otros problemas ambientales parece hacer que esto sea imposible. Las tierras agrícolas cubren actualmente más de un tercio de la superficie terrestre del mundo, pero menos de un tercio de ellas son cultivables (aproximadamente el 10%) (Banco Mundial 2018). En las últimas tres décadas, la disponibilidad de tierras agrícolas ha ido disminuyendo lentamente, como lo demuestra la disminución de más del 50% entre 1970 y 2013. Los efectos de la pérdida de tierras cultivables no se pueden remediar convirtiendo las áreas naturales en tierras de cultivo, ya que con frecuencia se traduce en erosión y pérdida de hábitat. El arado provoca la pérdida de la capa superior del suelo debido a la erosión del viento y el agua, lo que reduce la fertilidad del suelo, aumenta el uso de fertilizantes y, finalmente, la degradación de la tierra. Las pérdidas de suelo de la tierra pueden terminar en estanques, presas, lagos y ríos, causando daños a estos hábitats.

   En resumen, la población mundial está creciendo rápidamente, urbanizándose y haciéndose más rica. En consecuencia, las pautas dietéticas también están cambiando, creando así una mayor demanda de alimentos intensivos de gases de efecto invernadero (GEI), como la carne y los productos lácteos, con necesidades de tierras y recursos correspondientes (Garnett 2011). Pero mientras el consumo mundial crece, los recursos disponibles en el mundo, es decir, la tierra, el agua y los minerales, siguen siendo finitos (Garnett 2011). Sin embargo, al analizar el ciclo de vida completo de diferentes productos alimenticios, tanto Weber como Matthews (2008) y Engelhaupt (2008) sugieren que los cambios en la dieta pueden ser un medio más eficaz para reducir la huella climática relacionada con los alimentos de un hogar medio que «comprar localmente». Por lo tanto, en lugar de considerar la reducción de las cadenas de suministro, se ha argumentado que un cambio dietético de la carne y los productos lácteos hacia una agricultura orientada a la nutrición puede ser más eficaz para reducir la energía y las huellas (Engelhaupt 2008; Garnett 2011).

   La complejidad de los desequilibrios entre la demanda y la oferta se ve agravada por el deterioro de las condiciones ambientales, lo que hace que la producción de alimentos sea cada vez más difícil o impredecible en muchas regiones del mundo. Las prácticas agrícolas no solo pueden socavar los límites planetarios (Fig. 1.1), sino que también agravan la persistencia y propagación de enfermedades zoonóticas y otros riesgos para la salud (Garnett 2011). Todos estos factores hacen que el sistema alimentario mundial pierda su resiliencia y se vuelva cada vez más inestable (Suweis et al. 2015).

   El ambicioso plazo para 2015 de los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) de la OMS para erradicar el hambre y la pobreza, mejorar la salud y garantizar la sostenibilidad ambiental ya ha pasado, y ha quedado claro que proporcionar alimentos nutritivos para las poblaciones desnutridas y ricas no es una tarea simple. En resumen, los cambios climáticos, la pérdida de tierras y la disminución de la calidad de la tierra, las cadenas alimentarias cada vez más complejas, el crecimiento urbano, la contaminación y otras condiciones ambientales adversas dictan la urgente necesidad de encontrar no sólo nuevas formas de cultivar alimentos nutritivos económicamente, sino también de localizar la producción de alimentos instalaciones más cercanas a los consumidores. La consecución de los ODM requerirá cambios en la práctica, como la reducción de residuos, emisiones de carbono y huellas ecológicas, y la acuapónica es una de las soluciones que tiene el potencial de alcanzar estos objetivos.

3. 1.3 Desafíos científicos y tecnológicos en acuapónica

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   Aunque se considera que la acuapónica es una de las tecnologías clave de producción de alimentos que «podría cambiar nuestras vidas» (van Woensel et al. 2015), en términos de producción alimentaria sostenible y eficiente, la acuapónica puede racionalizarse y volverse aún más eficiente. Uno de los problemas clave en los sistemas acuapónicos convencionales es que los nutrientes del efluente producido por los peces son diferentes de la solución nutritiva óptima para las plantas. Los sistemas acuapónicos desacoplados (DAPS), que utilizan agua de los peces pero no devuelven el agua a los peces después de las plantas, pueden mejorar los diseños tradicionales introduciendo componentes de mineralización y biorreactores de lodos que contienen microbios que convierten la materia orgánica en formas biodisponibles de minerales clave, especialmente fósforo, magnesio, hierro, manganeso y azufre que son deficientes en los efluentes típicos de pescado. Contrariamente a los componentes de mineralización en sistemas de un bucle, el efluente biorreactor en DAPS solo se alimenta al componente de la planta en lugar de diluirse en todo el sistema. Así, los sistemas desacoplados que utilizan digestores de lodo permiten optimizar el reciclaje de residuos orgánicos de peces como nutrientes para el crecimiento de las plantas (Goddek 2017; Goddek et al. 2018). Los desechos de estos sistemas comprenden principalmente lodos de peces (es decir, heces y piensos no consumidos que no están en solución) y, por lo tanto, no pueden suministrarse directamente en un sistema hidropónico. Los biorreactores (véase cap. 10 son, por tanto, un componente importante que puede convertir lodos inutilizables en fertilizantes hidropónicos o reutilizar desechos orgánicos como los tallos y las raíces de la planta componente de producción en biogás para la generación de calor y electricidad o diseños DAPS que también proporcionan ciclos de agua controlados independientemente para cada unidad, permitiendo así la separación de los sistemas (RAS, hidropónicos y digestores) según sea necesario para el control de los flujos de nutrientes. El agua se mueve entre los componentes en un bucle de conservación de energía y nutrientes, de modo que las cargas y flujos de nutrientes en cada subsistema puedan ser monitoreados y regulados para adaptarse mejor a los requisitos posteriores. Por ejemplo, el fósforo (P) es un recurso fósil esencial pero agotable que se extrae para fertilizantes, pero los suministros mundiales se están agotando a un ritmo alarmante. El uso de digestores en sistemas acuapónicos desacoplados permite a los microbios convertir el fósforo en residuos de peces en ortofosfatos que pueden ser utilizados por las plantas, con altas tasas de recuperación (Goddek et al. 2016, 2018).

   Aunque los sistemas desacoplados son muy eficaces en la recuperación de nutrientes, con una pérdida de nutrientes casi nula, la escala de producción en cada una de las unidades es importante, dado que los flujos de nutrientes procedentes de una parte del sistema deben coincidir con el potencial de producción posterior de otros componentes. Por lo tanto, el software de modelización y los sistemas de adquisición de datos de control y adquisición de datos de supervisión (SCADAS) son importantes para analizar y notificar el flujo, las dimensiones, los balances de masa y las tolerancias de cada unidad, lo que permite predecir parámetros físicos y económicos (por ejemplo, cargas nutritivas, emparejamientos de plantas, caudales y costos para mantener parámetros ambientales específicos). En Cap. 11, analizaremos con más detalle la teoría de sistemas aplicada a los sistemas acuapónicos y demostraremos cómo la modelización puede resolver algunos de los problemas de escala, mientras que las soluciones tecnológicas innovadoras pueden aumentar la eficiencia y, por lo tanto, rentabilidad de dichos sistemas. El escalado es importante no sólo para predecir la viabilidad económica, sino también para predecir los resultados de producción basados en las proporciones de nutrientes disponibles.

   Otra cuestión importante, que requiere un mayor desarrollo, es el uso y la reutilización de la energía. Los sistemas acuapónicos requieren mucha energía e infraestructura. Dependiendo de la radiación solar recibida, el uso de energía solar fotovoltaica, fuentes de calor solares térmicas y desalinización (solar) puede todavía no ser económicamente viable, pero todos podrían integrarse potencialmente en los sistemas acuapónicos. En Cap. 1, presentamos información sobre las posibilidades técnicas y operativas innovadoras que tienen la capacidad de superar las limitaciones inherentes a dichos sistemas, incluidas nuevas y emocionantes oportunidades para implementar sistemas acuapónicos en zonas áridas.

   En [Cap. 2, también discutimos con más detalle la gama de desafíos ambientales que la acuapónica puede ayudar a abordar. El control de patógenos, por ejemplo, es muy importante, y los sistemas RAS contenidos tienen una serie de ventajas ambientales para la producción de peces, y una de las ventajas de los sistemas acuapónicos desacoplados es la capacidad de circular el agua entre los componentes y de utilizar controles independientes en los que es más fácil detectar, aislar y descontaminar unidades individuales cuando existen amenazas de patógenos. Los probióticos que son beneficiosos en el cultivo de peces también parecen beneficiosos para la producción de plantas y pueden aumentar la eficiencia de la producción cuando se circulan dentro de un sistema cerrado (Sirakov et al. 2016). Esos desafíos se examinan más a fondo en cap. 5, donde analizamos con más detalle cómo la innovación en acuapónica puede dar lugar a: a) una mayor eficiencia en la utilización del espacio (menos costos y materiales, maximizando el uso de la tierra); b) la reducción de los recursos de insumos, por ejemplo, la harina de pescado y la reducción de los resultados negativos, por ejemplo, la descarga de desechos, yc) la reducción del uso de antibióticos y plaguicidas en sistemas autónomos.

   Todavía hay varias áreas temáticas acuapónicas que requieren más investigación para explotar todo el potencial de estos sistemas. Desde una perspectiva científica, temas como el ciclo del nitrógeno (cap. 9), la remineralización aeróbica y anaeróbica (cap. 10, agua) y nutriente eficiencia (cap. 8), dietas acuapónicas optimizadas para peces (cap. 13 y patógenos vegetales y estrategias de control (cap. 14) son todas de alta prioridad.

   En resumen, es necesario abordar los siguientes desafíos científicos y tecnológicos:

   1. Nutrients: Como hemos discutido, los sistemas que utilizan digestores de lodo permiten optimizar el reciclaje de residuos orgánicos de pescado en nutrientes para el crecimiento de las plantas, tales diseños permiten optimizar la recuperación y el reciclaje de nutrientes para crear una pérdida de nutrientes casi nula del sistema.

   2. Water: La reutilización del agua agotada de nutrientes procedente de invernaderos también puede optimizarse para su reutilización en el componente de pescado utilizando condensadores.

   3. Energy: Los diseños alimentados con energía solar también mejoran el ahorro de energía, especialmente si el agua precalentada de los calentadores solares en los invernaderos puede ser recirculada de nuevo a acuarios para su reutilización.

   La capacidad de reciclar agua, nutrientes y energía hace que la acuapónica sea una solución potencialmente única para una serie de problemas ambientales a los que se enfrenta la agricultura convencional. Esto se discute en Cap. 2.

4. 1.4 Desafíos económicos y sociales

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   Desde una perspectiva económica, hay una serie de limitaciones inherentes a los sistemas acuapónicos que hacen más o menos viables diseños comerciales específicos (Goddek et al. 2015; Vermeulen y Kamstra 2013). Una de las cuestiones clave es que los sistemas hidropónicos independientes y de acuicultura son más productivos que los sistemas acuapónicos tradicionales de un bucle (Graber y Junge 2009), ya que no requieren compensaciones entre los componentes de peces y plantas. La acuapónica tradicional y clásica de un solo lazo requiere un compromiso entre los componentes de peces y plantas cuando se intenta optimizar la calidad del agua y los niveles de nutrientes que difieren intrínsecamente para las dos partes (por ejemplo, rangos de pH deseados y requisitos y concentraciones de nutrientes). En los sistemas acuapónicos tradicionales, el ahorro en los requerimientos de fertilizantes para plantas no compensa el déficit de cosecha causado por condiciones subóptimas en los respectivos subsistemas (Delaide et al. 2016).

   Optimizar las condiciones de crecimiento tanto para plantas (Delaide et al. 2016; Goddek y Vermeulen 2018) como para peces es el mayor desafío para la rentabilidad, y los resultados actuales indican que esto se puede lograr mejor en sistemas acuapónicos disociados de bucle múltiple porque se basan en bucles recirculantes independientes que involucran (1) peces, (2) plantas y (3) biorreactores (anaeróbicos o aeróbicos) para la digestión de lodos y un flujo unidireccional de agua (nutrientes), lo que puede mejorar la recuperación y biodisponibilidad de macro y micronutrientes, así como la optimización del consumo de agua (Goddek y Keesman 2018). Los estudios actuales muestran que este tipo de sistema permite el mantenimiento de poblaciones específicas de microorganismos dentro de cada compartimento para una mejor gestión de la enfermedad, y son más eficientes económicamente en la medida en que los sistemas no sólo reducen la salida de residuos sino que también reutilizan lodos inutilizables, convirtiéndolo en productos valiosos (por ejemplo, biogás y fertilizantes).

   

   Fig. 1.2 Un sistema acuapónico visto como un esquema de caja negra. No podemos ver dentro de la caja, pero sabemos las entradas, las salidas (es decir, peces y plantas) y los residuos

   Los sistemas independientes de RAS y las unidades hidropónicas también tienen una amplia gama de desafíos operacionales que se analizan detalladamente en los capítulos 3 y 4. Cada vez más, los avances tecnológicos han permitido mayores proporciones de productividad (Fig. 1.2), que pueden definirse como una fracción de las salidas del sistema (es decir, peces y plantas) sobre la entrada del sistema (es decir, alimentación de peces y/o fertilización adicional, entrada de energía para iluminación, calefacción y bombeo de CO~2 ~ sub2/sub dosificación y biocontroles).

   Al considerar los muchos desafíos que enfrenta la acuapónica, los problemas de producción pueden dividirse en tres temas específicos: (1) productividad del sistema, (2) cadenas de valor efectivas y (3) gestión eficiente de la cadena de suministro.

   Productividad del sistema La productividad agrícola se mide como la relación entre la producción agrícola y los insumos agrícolas. Los sistemas acuapónicos tradicionales en pequeña escala se diseñaron principalmente para abordar consideraciones ambientales como la descarga de agua, los insumos de agua y el reciclaje de nutrientes, pero en los últimos años se ha centrado cada vez más en la viabilidad económica a fin de aumentar la productividad de la agricultura a gran escala aplicaciones. Sin embargo, esto requerirá la productividad de los sistemas acuapónicos para poder competir económicamente con sistemas hidropónicos y acuícolas independientes y de última generación. Para que el concepto de acuapónica se aplique con éxito a gran escala, es preciso optimizar la reutilización de nutrientes y energía, pero también hay que considerar los mercados finales.

   Cadenas de valor eficaz Las cadenas de valor (valor añadido) de los productos agrícolas provienen principalmente de la transformación de los productos como las verduras, frutas y pescado cosechados. Por ejemplo, el precio de venta del pesto (es decir, rojo y verde) puede ser más de diez veces superior al de los tomates, la albahaca, el aceite de oliva y los piñones. Además, la mayoría de los productos alimenticios procesados tienen una vida útil más larga, lo que reduce el deterioro. Evidentemente, los productos frescos son importantes porque los valores nutricionales son en su mayoría más altos que los de los alimentos procesados. Sin embargo, producir productos frescos y de alta calidad es un verdadero desafío y, por lo tanto, un lujo en muchas regiones del mundo. Las pérdidas de nutrientes durante el almacenamiento de frutas y verduras son sustanciales si no se enlatan o congelan rápidamente (Barrett 2007; Rickman et al. 2007). Por lo tanto, en el caso de los sistemas a gran escala, el procesamiento de alimentos debe considerarse como mínimo para equilibrar las fluctuaciones entre la oferta y la demanda y reducir el desperdicio de alimentos. Con respecto a la reducción de los residuos de alimentos, las hortalizas que no cumplen las normas de producción fresca, pero que siguen siendo de calidad comercializable, deben procesarse a fin de reducir las pérdidas posteriores a la cosecha.

   Aunque estos criterios se aplican a todos los productos agrícolas y pesqueros, el valor añadido puede aumentar sustancialmente la rentabilidad de la granja acuapónica, especialmente si los productos pueden llegar a nichos de mercado.

   Gestión eficiente de la cadena de suministro En países con redes de transporte y refrigeración bien desarrolladas, se pueden importar frutas y verduras de todo el mundo para satisfacer las demandas de los consumidores de productos frescos. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los productos frescos y de alta calidad son un producto básico escaso en muchas partes del mundo, y el movimiento a larga distancia de bienes —es decir, la gestión de la cadena de aprovisionamiento— para satisfacer la demanda de los consumidores de alto nivel suele ser criticado y justificado. La mayoría de los habitantes urbanos de todo el mundo dependen del transporte de alimentos a largas distancias para satisfacer las necesidades diarias (Grewal y Grewal 2012). Una de las principales críticas es, por tanto, la dependencia de combustibles fósiles necesaria para transportar productos a grandes distancias (Barrett 2007). El tema de las millas alimentarias se centra en la distancia que los alimentos se transportan desde el momento de la producción hasta la compra por el consumidor final (Mundler y Criner 2016). Sin embargo, en términos de emisiones de COSub2/sub por tonelada/km (tkm), una milla alimentaria para el transporte ferroviario (13,9 g COSub2/sub/tkm) no equivale a una milla alimentaria de transporte por camión/carretera, ya que el transporte de camiones tiene un impacto ambiental más de 15 veces mayor (McKinnon 2007). Por lo tanto, la distancia de transporte no es necesariamente la única consideración, ya que la huella ecológica de las hortalizas cultivadas en las granjas de las zonas rurales es potencialmente menor que los insumos necesarios para cultivar alimentos en invernaderos más cercanos a los centros urbanos.

   Por lo tanto, las millas de comida son sólo una parte de la imagen. Los alimentos se transportan largas distancias, pero las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la producción de alimentos están dominadas por la fase de producción (es decir, el impacto de la energía para la calefacción, el enfriamiento y la iluminación) (Engelhaupt 2008; Weber y Matthews 2008). Por ejemplo, Carlsson (1997) mostró que los tomates importados de España a Suecia en invierno tienen una huella de carbono mucho menor que los cultivados localmente en Suecia, ya que los insumos energéticos a los invernaderos de Suecia superan con creces la huella de carbono del transporte desde España. Al abastecer alimentos, el transporte de mercancías no es el único factor a tener en cuenta, ya que la frescura de los productos determina su valor nutritivo, sabor y atractivo general para los consumidores. Al cultivar alimentos frescos localmente, muchos estudiosos coinciden en que la agricultura urbana podría ayudar a asegurar el suministro de productos de alta calidad para las poblaciones urbanas del futuro, al tiempo que reduce las millas alimentarias (Bon et al. 2010; dos Santos 2016; Hui 2011). Ambas áreas serán discutidas con más detalle en Sect. 1.5.

   Desde el punto de vista del consumidor, la acuapónica urbana tiene ventajas debido a sus beneficios ambientales debido a las cadenas de suministro cortas y ya que satisface las preferencias de los consumidores por alimentos frescos de alta calidad producidos localmente (Miličić et al. 2017). Sin embargo, a pesar de estas ventajas, existen varias preocupaciones socioeconómicas: la principal cuestión se refiere a los precios de la propiedad urbana, ya que la tierra es cara y a menudo se considera demasiado valiosa para la producción de alimentos. Por lo tanto, la compra de terrenos urbanos hace muy probable que sea imposible lograr una rentabilidad esperada viable de la inversión. Sin embargo, en las ciudades cada vez más reducidas, donde la población está disminuyendo, el espacio no utilizado podría utilizarse con fines agrícolas (Bontje y Latten 2005; Schilling y Logan 2008), como es el caso de Detroit, en los Estados Unidos (Mogk et al. 2010).

   Además, hay un problema importante de los controles de planificación urbana, en el que en muchas ciudades las tierras urbanas no están destinadas a la producción agrícola de alimentos y se considera que la acuapónica forma parte de la agricultura. Por lo tanto, en algunas ciudades no se permite la agricultura acuapónica. Ha llegado el momento de comprometerse con planificadores urbanos que necesitan convencerse de los beneficios de las granjas urbanas, que son altamente productivas y producen alimentos locales frescos, sanos y locales en medio del desarrollo urbano y suburbano.

5. 1.5 El futuro de la acuapónica

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   La tecnología ha permitido que la productividad agrícola crezca exponencialmente en el siglo pasado, apoyando así también un importante crecimiento demográfico. Sin embargo, estos cambios también pueden socavar la capacidad de los ecosistemas para sostener la producción de alimentos, mantener los recursos hídricos y forestales y ayudar a regular el clima y la calidad del aire (Foley et al. 2005).

   Uno de los desafíos más acuciantes en la producción innovadora de alimentos, y por lo tanto en la acuapónica, es abordar las cuestiones reglamentarias que limitan la expansión de las tecnologías integradas. Una amplia gama de diferentes organismos tienen jurisdicción sobre el agua, la sanidad animal, la protección del medio ambiente y la seguridad alimentaria, y sus regulaciones son en algunos casos contradictorias o no son adecuadas para sistemas integrados complejos (Joly et al. 2015). Los reglamentos y la legislación son actualmente uno de los ámbitos más confusos para los productores y los aspirantes a empresarios. Los agricultores y los inversores necesitan normas y directrices para obtener permisos, préstamos y exenciones fiscales, pero la confusa superposición de responsabilidades entre los organismos reguladores pone de relieve la necesidad urgente de una mejor armonización y definiciones coherentes. Los marcos normativos suelen ser confusos, y en muchos países la concesión de licencias agrícolas y la certificación de los consumidores siguen siendo problemáticos. La FAO (en 2015), la OMS (en 2017) y la UE (en 2016) comenzaron recientemente a armonizar las disposiciones sobre sanidad y bienestar animal y seguridad alimentaria dentro de los sistemas acuapónicos y para el comercio de exportación e importación de productos acuapónicos. Por ejemplo, varios países que participan en la acuapónica están presionando para que se redacte explícitamente dentro del Codex Alimentarius_, y un enfoque clave dentro de la UE, determinado por la Acción COST FA1305 patrocinada por la UE, el «EU Aquaponics Hub', se centra actualmente en definir la acuapónica como una entidad clara y distinta. En la actualidad, las regulaciones definen la producción tanto para la acuicultura como para la hidropónica, pero no tienen disposiciones para la fusión de ambas. Esta situación a menudo crea una burocracia excesiva para los productores que están obligados a autorizar dos operaciones separadas o cuya legislación nacional no permite el cocultivo (Joly et al. 2015). El EU Aquaponics Hub, que ha apoyado esta publicación (COST FA1305), define la acuapónica como «un sistema de producción de organismos y plantas acuáticos en el que la mayoría (\ > 50%) de nutrientes que sustentan el crecimiento óptimo de las plantas se derivan de residuos procedentes de la alimentación de los organismos acuáticos» (véase cap. 7.

   Los sistemas de certificación de los consumidores también siguen siendo una esfera difícil para los productores de acuapónica en muchas partes del mundo. Por ejemplo, en los Estados Unidos y Australia, los productos acuapónicos pueden certificarse como orgánicos, pero no dentro de la Unión Europea.

   Desde una perspectiva económica, la acuapónica es, en teoría, capaz de aumentar el valor global de la piscicultura o de la hidropónica convencional, al tiempo que cierra el ciclo alimento-agua-energía dentro de una economía circular de base biológica. Para que los sistemas acuapónicos en pequeña escala sean económicamente viables, los agricultores acuapónicos generalmente tienen que operar en nichos de mercado para obtener precios más altos de los productos, por lo que la certificación es muy importante.

   Las cuestiones más acuciantes son si la acuapónica puede llegar a ser aceptable a nivel de las políticas. La inocuidad de los alimentos es una alta prioridad para obtener apoyo público, y aunque existe un riesgo de patógenos mucho menor en los sistemas cerrados, lo que implica una menor necesidad de antimicrobianos y pesticidas, la gestión de los riesgos potenciales — o, además, la gestión de las percepciones de esos riesgos, especialmente porque pueden afectar a la seguridad alimentaria — es una alta prioridad tanto para las autoridades gubernamentales como para los inversores (Miličić et al. 2017). Una preocupación que a menudo se plantea es el temor a la transferencia de patógenos en los lodos de los peces a las plantas, pero esto no está fundamentado en la literatura (Cap. 6). Por lo tanto, es necesario disipar las preocupaciones pendientes en materia de inocuidad de los alimentos y bioseguridad mediante una investigación cuidadosa y, cuando puedan existir problemas, determinar cómo puede ser posible gestionar estos problemas mejorando el diseño de los sistemas y/o los marcos reglamentarios.

   La acuapónica es una tecnología emergente de producción de alimentos que tiene la capacidad de condensar y comprimir la producción en espacios y lugares que normalmente no se utilizarían para cultivar alimentos. Esto no sólo significa que es excepcionalmente relevante en las zonas urbanas, donde la acuapónica puede colocarse en lugares infrautilizados y no utilizados, como techos planos, sitios de desarrollo, fábricas abandonadas, urbanizaciones y escuelas, sino que proporciona un medio tanto en el mundo desarrollado como en desarrollo para que las personas tomen parte del proceso de producción de alimentos proporcionando alimentos locales frescos al mercado (van Gorcum et al. 2019). La integración de la acuapónica con la agricultura vertical y las tecnologías de muros vivos mejorará, con el tiempo, la productividad al reducir la huella agrícola global con una reducción de la toma de tierras y su intensificación.

   Los intensos métodos de producción en acuapónica se basan en el conocimiento de una combinación de factores clave que son altamente adecuados para su uso en la enseñanza de materias STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) en las escuelas. Aquaponics ofrece al profesor y al alumno la oportunidad de explorar el ámbito de los sistemas complejos, su diseño y gestión y una serie de otras áreas temáticas, incluyendo ciencias ambientales, química del agua, biología y bienestar animal. La acuapónica también se está utilizando en prisiones/centros correccionales, como en la cárcel del condado de San Francisco, para ayudar a los reclusos a adquirir habilidades y experiencia en acuicultura y horticultura que pueden usar en su liberación. En el contexto doméstico, existe una tendencia creciente a diseñar sistemas de encimeras que puedan cultivar hierbas, así como pequeños sistemas que se pueden ubicar en oficinas, donde los peces exóticos proporcionan un efecto calmante, mientras que las plantas, como parte de las paredes vivas, proporcionan un telón de fondo estético y limpian el aire.

   

   Fig. 1.3 El número de artículos publicados en 'hidroponía', 'RAS' y 'aquapónica' entre 1980 y 2018 (los datos fueron recogidos de la base de datos Scopus el 30 de enero de 2019). Tenga en cuenta que la escala de 'RAS' es un orden de magnitud superior a la de 'hidroponía' y 'acuapónica'

   La acuapónica es una tecnología agrícola que avanza rápidamente de sus primeras hazañas en los últimos años del siglo XX y las primeras décadas del siglo XXI. Pero sigue siendo un «tema emergente de la tecnología y la ciencia» (Junge et al. 2017) que está sujeto a una cantidad considerable de «exageración». Al comparar el número de artículos de acuicultura, hidropónicos y acuapónicos revisados por pares, los artículos acuapónicos son considerablemente menores (Fig. 1.3), pero los números están aumentando y seguirán aumentando a medida que la educación acuapónica, especialmente a nivel universitario, y el interés general aumente. Un «índice de bombo» puede describirse como un indicador de la popularidad de un tema en los medios de comunicación públicos en relación con lo que se publica en la prensa académica. Esto se puede calcular, por ejemplo, tomando los resultados de búsqueda en Google divididos por los resultados de búsqueda en Google Scholar. En el caso de la acuapónica, el índice de bombo al 16 de agosto de 2016 fue de 1349, lo que es considerable si se compara con las relaciones de bombo de hidroponía (131) y acuicultura recirculante (17) (Junge et al. 2017). El sentido que se obtiene de esto es que, de hecho, la acuapónica es una tecnología emergente, pero que existe un enorme interés en el campo que probablemente continúe y aumente en las próximas décadas. Sin embargo, es probable que la tasa de bombo disminuya a medida que se realicen más investigaciones y se publiquen artículos científicos.

   Este libro está dirigido al investigador y practicante de acuapónica, y ha sido diseñado para discutir, explorar y revelar los problemas que la acuapónica está abordando ahora y que sin duda surgirán en el futuro. Con un espectro tan amplio de temas, su objetivo es proporcionar una visión general completa pero fácilmente accesible del campo científico y comercial más bien novedoso de la acuapónica. Aparte de la producción y el aspecto técnico, este libro ha sido diseñado para abordar las tendencias de la oferta y la demanda de alimentos, así como las diversas implicaciones económicas, ambientales y sociales de esta tecnología emergente. El libro ha sido coescrito por numerosos expertos de todo el mundo, pero sobre todo de dentro de la UE. Sus 24 capítulos cubren toda la gama de áreas acuapónicas y proporcionarán un libro de texto necesario para todos aquellos interesados en la acuapónica y el movimiento acuapónico hacia adelante en la próxima década.