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Capítulo 14 Patógenos vegetales y estrategias de control en acuapónica

1. 14.1 Introducción

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

   Hoy en día, los sistemas acuapónicos son el núcleo de numerosos esfuerzos de investigación que tienen como objetivo comprender mejor estos sistemas y responder a los nuevos desafíos de la sostenibilidad de la producción de alimentos (Goddek et al. 2015; Villarroel et al. 2016). El número acumulado de publicaciones que mencionan «acuapónica» o términos derivados en el título pasó de 12 a principios de 2008 a 215 en 2018 (resultados de investigación de la base de datos Scopus de enero de 2018). A pesar de este creciente número de trabajos y de la amplia área de estudio que están cubriendo, todavía falta un punto crítico, a saber, el manejo de plagas vegetales (Stouvenakers et al. 2017). Según una encuesta realizada a los miembros de la UE Aquaponic Hub, solo el 40% de los practicantes tienen algunas nociones sobre plagas y control de plagas vegetales (Villarroel et al. 2016).

   En acuapónica, las enfermedades pueden ser similares a las que se encuentran en sistemas hidropónicos bajo estructuras de invernadero. Entre los patógenos más problemáticos, en términos de propagación, se encuentran los hongos hidrófilos o los protistas similares a hongos que son responsables de enfermedades radiculares o collares. Para considerar el control de patógenos vegetales en acuapónica, en primer lugar, es importante diferenciar entre sistemas acoplados y desacoplados. Los sistemas desacoplados permiten la desconexión entre el agua del compartimento para peces y cultivos (véase Cap. 8). Esta separación permite optimizar y controlar mejor los diferentes parámetros (por ejemplo, temperatura, composición mineral u orgánica y pH) en cada compartimento (Goddek et al. 2016; Monsees et al. 2017). Además, si el agua de la unidad de cultivo no regresa a la parte de los peces, podría permitirse la aplicación de tratamientos fitosanitarios (por ejemplo, plaguicidas, biopesticidas y agentes químicos de desinfección). Los sistemas acoplados se construyen en un bucle en el que el agua recircula en todas las partes del sistema (véanse Caps. 5 y 7. Sin embargo, en los sistemas acoplados, el control de plagas de las plantas es más difícil debido tanto a la presencia de peces como a los microorganismos beneficiosos que transforman los lodos de peces en nutrientes vegetales. Su existencia limita o excluye la aplicación de agentes desinfectantes y tratamientos químicos ya disponibles. Además, no se han desarrollado pesticidas ni biopesticidas específicamente para la acuapónica (Rakocy et al. 2006; Rakocy 2012; Somerville et al. 2014; Bittsanszky et al. 2015; Nemethy et al. 2016; Sirakov et al. 2016). Por consiguiente, las medidas de control se basan principalmente en prácticas físicas no curativas (véase Sect. 14.3.1) (Nemethy et al. 2016; Stouvenakers et al. 2017).

   Por otro lado, estudios recientes destacan que la producción de plantas acuapónicas ofrece rendimientos similares en comparación con la hidropónica, aunque las concentraciones de nutrientes minerales vegetales son menores en el agua acuapónica. Además, cuando el agua acuapónica se complementa con algunos minerales para alcanzar concentraciones hidropónicas de elementos nutritivos minerales, se pueden observar rendimientos aún mejores (Pantanella et al. 2010; Pantanella et al. 2015; Delaide et al. 2016; Saha et al. 2016; Anderson et al. 2017; Wielgosz et al. 2017; Goddek y Vermeulen 2018). Además, algunas observaciones informales de practicantes de acuapónica y dos estudios científicos recientes (Gravel et al. 2015; Sirakov et al. 2016) reportan la posible presencia de compuestos beneficiosos y/o microorganismos en el agua que podrían desempeñar un papel en la bioestimulación y/o tener antagónicos (es decir, inhibitoria) contra patógenos vegetales. La bioestimulación se define como la mejora de los rasgos de calidad de las plantas y la tolerancia de las plantas contra el estrés abiótico utilizando cualquier microorganismo o sustancia.

   En relación con estos aspectos, este capítulo tiene dos objetivos principales. El primero es dar una revisión de los microorganismos implicados en los sistemas acuapónicos con un enfoque especial en los microorganismos fitopatógenos y fitosanitarios. También se tendrán en cuenta los factores que influyen en estos microorganismos (por ejemplo, materia orgánica). El segundo es revisar los métodos disponibles y las posibilidades futuras en el control de enfermedades vegetales.

2. 14.2 Microorganismos en Acuapónica

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

   Los microorganismos están presentes en todo el sistema acuapónico y desempeñan un papel clave en el sistema. En consecuencia, se encuentran en los peces, la filtración (mecánica y biológica) y las partes del cultivo. Comúnmente, la caracterización de la microbiota (es decir, microorganismos de un entorno particular) se lleva a cabo en agua circulante, perifitón, plantas (rizosfera, filosfera y superficie frutal), biofiltro, piensos para peces, tripa de pescado y heces de pescado. Hasta ahora, en acuapónica, la mayor parte de la investigación microbiana se ha centrado en las bacterias nitrificantes (Schmautz et al. 2017). Por lo tanto, la tendencia actual es caracterizar microorganismos en todos los compartimentos del sistema utilizando tecnologías modernas de secuenciación. Schmautz et al. (2017) identificaron la composición microbiana en diferentes partes del sistema, mientras que Munguia-Fragozo et al. (2015) dan perspectivas sobre cómo caracterizar la microbiota acuapónica desde un punto de vista taxonómico y funcional utilizando tecnologías de vanguardia. En las siguientes subsecciones, se centrará únicamente en los microorganismos que interactúan con las plantas en sistemas acuapónicos organizados en microorganismos fitopatógenos y fitosanitarios.

   14.2.1 Patógenos vegetales

   Los patógenos vegetales que ocurren en sistemas acuapónicos son teóricamente los que se encuentran comúnmente en sistemas sin suelo. Una especificidad del cultivo de plantas acuapónicas e hidropónicas es la presencia continua de agua en el sistema. Este ambiente humedido/acuático se adapta a casi todos los hongos o bacterias patógenas de las plantas. Para los patógenos radiculares algunos están especialmente adaptados a estas condiciones, como los pseudo-hongos pertenecientes a los taxones de Oomycetes (por ejemplo, enfermedades de pudrición radicular causadas por Pythium spp. y Phytophthora spp.) que son capaces de producir una forma móvil de diseminación llamada zoosporas. Estas zoosporas son capaces de moverse activamente en agua líquida y por lo tanto son capaces de extenderse por todo el sistema extremadamente rápido. Una vez infectada una planta, la enfermedad puede propagarse rápidamente por el sistema, especialmente debido a la recirculación del agua (Jarvis 1992; Hong y Moorman 2005; Sutton et al. 2006; Postma et al. 2008; Vallance et al. 2010; Rakocy 2012; Rosberg 2014; Somerville et al. 2014). Aunque los oomicetos se encuentran entre los patógenos más prevalentes detectados durante las enfermedades radiculares, a menudo forman un complejo con otros patógenos. Algunas especies de Fusarium (con la existencia de especies bien adaptadas al medio acuático) o especies de los géneros Colletotrichum, Rhizoctonia y Thielaviopsis se pueden encontrar como parte de estos complejos y también pueden causar daños significativos por sí mismos (Paulitz y Bélgica 2001; Hong y Moorman 2005; Postma y otros 2008; Vallance y otros 2010). Pueden detectarse otros géneros fúngicos como Verticillium y Didymella, pero también bacterias como Ralstonia, Xanthomonas, Clavibacter, Erwinia y Pseudomonas, así como virus (por ejemplo, mosaico del tomate, mosaico del pepino, virus necrótico del melón, virus infeccioso de la lechuga y necrosis del tabaco) en hidroponía o agua de riego y causar daños en buques, tallos, hojas o frutos (Jarvis 1992; Hong y Moorman 2005). Sin embargo, tenga en cuenta que no todos los microorganismos detectados son dañinos o conducen a síntomas en el cultivo. Incluso especies del mismo género pueden ser dañinas o beneficiosas (por ejemplo, Fusarium, Phoma, Pseudomonas). Los agentes patógenos mencionados anteriormente son principalmente patógenos vinculados a la recirculación del agua, pero también pueden identificarse en invernaderos. [Sección 14.2.2](#142 -microorganisms-in-aquapónica) muestra los resultados de la primera encuesta internacional sobre enfermedades vegetales que ocurren específicamente en acuapónica, mientras que Jarvis (1992) y Albajes et al. (2002) ofrecen una visión más amplia de los patógenos presentes en las estructuras de invernadero.

   En hidropónica o en sistemas acuapónicos, las plantas crecen generalmente en condiciones de invernadero optimizadas para la producción de plantas, especialmente para la producción a gran escala donde todos los parámetros ambientales son gestionados por ordenador (Albajes et al. 2002; Vallance et al. 2010; Somerville et al. 2014; Parvatha Reddy 2016). Sin embargo, las condiciones óptimas para la producción vegetal también pueden ser aprovechadas por los patógenos vegetales. De hecho, estas estructuras generan condiciones cálidas, húmedas, sin viento y sin lluvias que pueden fomentar enfermedades vegetales si no se gestionan correctamente (ibíd.). Para contrarrestar esto, se deben establecer compromisos entre las condiciones óptimas de las plantas y la prevención de enfermedades (ibíd.). En el microclima del invernadero, una gestión inadecuada del déficit de presión de vapor puede conducir a la formación de una película o una gota de agua en la superficie de las plantas. Esto a menudo promueve el desarrollo de patógenos vegetales. Además, para maximizar el rendimiento de la hidropónica comercial, algunos otros parámetros (por ejemplo, alta densidad vegetal, alta fertilización, para prolongar el período de producción) pueden aumentar la susceptibilidad de las plantas a desarrollar enfermedades (ibíd.).

   La pregunta ahora es saber por qué ruta se introduce el inóculo inicial (es decir, el primer paso de un ciclo epidemiológico) en el sistema. Los diferentes pasos en el ciclo epidemiológico de enfermedades vegetales (EPC) están representados en la Fig. 14.1. En acuapónica, como en el cultivo hidropónico de invernadero, se puede considerar que la entrada de patógenos podría estar vinculada al suministro de agua, la introducción de plantas o semillas infectadas, el material de crecimiento (por ejemplo, la reutilización de los medios de comunicación), el intercambio de aire (transporte de polvo y partículas), los insectos (vectores de enfermedades y el transporte de partículas) ) y personal (herramientas y ropa) (Paulitz y Bélgica 2001; Albajes et al. 2002; Hong y Moorman 2005; Sutton et al. 2006; Parvatha Reddy 2016).

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="zoom: 50%;»/

   Fig. 14.1 Pasos básicos (1 a 6) en el ciclo epidemiológico de enfermedades vegetales (EPC) según Lepoivre (2003). (1) Llegada del inóculo patógeno, (2) contacto con la planta huésped, (3) penetración de tejidos e infección por el patógeno, (4) desarrollo de síntomas, (5) tejidos vegetales que convertirse en infecciosa, (6) liberación y propagación de la forma infecciosa de dispersión

   Una vez que el inóculo está en contacto con la planta (paso 2 en la EPC), son posibles varios casos de infección (paso 3 en la EPC) (Lepoivre 2003):

   • La relación patógeno-planta es incompatible (relación no huésped) y la enfermedad no se desarrolla.

   • Existe una relación huésped pero la planta no presenta síntomas (la planta es tolerante).

   • El patógeno y la planta son compatibles, pero la respuesta de defensa es lo suficientemente fuerte como para inhibir la progresión de la enfermedad (la planta es resistente: interacción entre el gen de resistencia del huésped y el gen de avirulencia del patógeno).

   • La planta es sensible (relación huésped sin gen para el reconocimiento de genes), y el patógeno infecta la planta, pero los síntomas no son muy graves (paso 4 de la EPC).

   • Y por último, la planta es sensible y los síntomas de la enfermedad son visibles y graves (paso 4 en la EPC).

   Independientemente del grado de resistencia, algunas condiciones o factores ambientales pueden influir en la susceptibilidad de una planta a ser infectada, ya sea por un debilitamiento de la planta o por promover el crecimiento del patógeno vegetal (Colhoun 1973; Jarvis 1992; Cherif et al. 1997; Alhussaen 2006; Somerville et al. 2014). Los principales factores ambientales que influyen en el desarrollo de patógenos vegetales y enfermedades son la temperatura, la humedad relativa (HR) y la luz (ibíd.). En hidroponía, las concentraciones de temperatura y oxígeno dentro de la solución nutritiva pueden constituir factores adicionales (Cherif et al. 1997; Alhussaen 2006; Somerville et al. 2014). Cada patógeno tiene su propia preferencia por las condiciones ambientales que pueden variar durante su ciclo epidemiológico. Pero en general, la alta humedad y la temperatura son favorables para el logro de pasos clave en el ciclo epidémico del patógeno, como la producción de esporas o la germinación de esporas (Fig. 14.1, paso 5 en la EPC) (Colhoun 1973; Jarvis 1992; Cherif et al. 1997; Alhussaen 2006; Somerville et al. 2014). Colhoun (1973) resume los efectos de los diversos factores que promueven enfermedades vegetales en el suelo, mientras que la Tabla 14.1 muestra los factores más específicos o agregados que pueden fomentar el desarrollo de patógenos vegetales ligados a condiciones acuapónicas de invernadero.

   En el ciclo epidemiológico, una vez alcanzada la etapa infecciosa (paso 5 en la EPC), los patógenos pueden propagarse de varias maneras (Fig. 14.1, paso 6 en la EPC) e infectar otras plantas. Como se explicó anteriormente, los patógenos radiculares pertenecientes a Oomycetes taxa pueden propagarse activamente en el agua recirculante mediante la liberación de zoosporas (Alhussaen 2006; Sutton et al. 2006). En el caso de otros hongos, bacterias y virus responsables de enfermedades radiculares o aéreas, la dispersión del agente causal puede producirse mediante la propagación de material infectado, heridas mecánicas, herramientas infectadas, vectores (por ejemplo, insectos) y partículas (por ejemplo, esporas y propágulos) eyección o transporte permitido por sequía, corrientes de aire o salpicaduras de agua (Albajes et al. 2002; Lepoivre 2003).

   14.2.2 Encuesta sobre Enfermedades de las Plantas Acuapónicas

   Durante enero de 2018, se realizó la primera encuesta internacional sobre enfermedades vegetales entre los practicantes de acuapónica miembros de la COST FA1305, la American Aquaponics Association y el EU Aquaponics Hub. Veintiocho respuestas fueron

   Tabla 14.1 Adición de factores que fomentan el desarrollo de patógenos vegetales bajo la estructura acuapónica de invernadero en comparación con el cultivo clásico de invernadero

   tabla tead tr class="encabezado» El factor de promoción/a th Beneficiarse a /th th Causas /th th Referencias /th /tr /thead tbody tr class="impar» Técnica de película TDNutrient (NFT), técnica de flujo profundo (DFT) /td td IPythium/I spp. , Ifusarium/I spp. /td td Fácil propagación por el agua recirculación; posibilidad de post contaminación después de un paso de desinfección; contenido deficiente en oxígeno en la solución nutritiva /td td Koohakan y otros (2004) y Vallance y otros (2010) /td /tr tr class="incluso» Medios TDINOrganic (por ejemplo, lana de roca) /td td Mayor contenido en bacterias (no hay información sobre su posible patogenicidad) /td td Compuestos orgánicos no disponibles en los medios /td td Khalil y Alsanius (2001), Koohakan y otros (2004), Vallance y otros (2010) /td /tr tr class="impar» Medios TDOrganic (por ejemplo, fibra de coco y turba) /td td Mayor contenido en hongos; mayor contenido en Fusarium spp. para coco fibra /td td Compuestos orgánicos disponibles en los medios /td td Koohakan y otros (2004), Khalil y otros (2009) y Vallance y otros (2010) /td /tr tr class="incluso» TDMedia con alto contenido de agua y bajo contenido en oxígeno (por ejemplo, lana de roca) /td td IPythium/I spp. /td td Movilidad de zoosporas; estrés vegetal /td td Van Der Gaag y Wever (2005), Vallance y otros (2010), y Khalil y Alsanio (2011) /td /tr tr class="impar» TDMedia que permite poco movimiento de agua (por ejemplo, lana de roca) /td td IPythium/I spp. /td td Mejor condición para la dispersión de zoosporas y el movimiento de quimiotaxis; sin pérdida de flagelos zoosporos /td td Sutton y otros (2006) /td /tr tr class="incluso» TDAlta temperatura y baja concentración de DO en el solución nutriente/td td IPythium/I spp. /td td Estresado de la planta y condición óptima para el crecimiento de ipythium/i /td td Cherif y otros (1997), Sutton y otros (2006), Vallance y otros (2010) y Rosberg (2014) /td /tr tr class="impar» TDalta densidad de planta huésped y microclima/td resultante td Crecimiento de patógenos; enfermedades diseminadas /td td Cálido y húmedo medio ambiente /td td Albajes y otros (2002) y Somerville y otros (2014) /td /tr tr class="incluso» DDeficiencias, exceso o desequilibrio de macro/ micronutrientes/td td Hongos, virus y bacterias /td td Modificaciones fisiológicas de las plantas (por ejemplo, acción sobre la respuesta de defensa, transpiración, integridad de las paredes celulares); modificaciones morfológicas de las plantas (por ejemplo, mayor susceptibilidad a patógenos, atracción de plagas); recursos nutritivos en los tejidos hospedadores para patógenos; acción directa en el ciclo de desarrollo de patógenos /td td Colhoun (1973), Snoeijers y Alejandro (2000), Mitchell y otros (2003), Dordas (2008), Veresoglou y otros (2013), Somerville et al. (2014), y Geary et al. (2015) /td /tr /tbody /tabla

   recibió la descripción de 32 sistemas acuapónicos de todo el mundo (UE, 21; América del Norte, 5; América del Sur, 1; África, 4; Asia, 1). El primer hallazgo fue la baja tasa de respuesta. Entre las posibles explicaciones de la renuencia a responder al cuestionario figuraba que los practicantes no se sentían capaces de comunicarse sobre patógenos vegetales debido a la falta de conocimiento sobre este tema. Esto ya se había observado en las encuestas de Love et al. (2015) y Villarroel et al. (2016). La información clave obtenida de la encuesta es:

   • El 84,4% de los practicantes observan enfermedades en su sistema.

   • El 78,1% no puede identificar el agente causal de una enfermedad.

   • El 34,4% no aplica medidas de control de enfermedades.

   • 34,4% utiliza tratamiento físico o químico del agua.

   • El 6,2% utiliza plaguicidas o biopesticidas en sistemas acuapónicos acoplados contra patógenos vegetales.

   Estos resultados apoyan los argumentos anteriores que dicen que las plantas acuapónicas sí contraen enfermedades. Sin embargo, los practicantes sufren de falta de conocimiento sobre los patógenos vegetales y las medidas de control de enfermedades realmente utilizadas se basan esencialmente en acciones no curativas (90,5% de los casos).

   En la encuesta se proporcionó una lista de patógenos vegetales presentes en su sistema acuapónico. El cuadro 14.2 muestra los resultados de esta identificación. Para remediar la falta de experiencia de los profesionales sobre el diagnóstico de enfermedades vegetales, una segunda versión de la encuesta fue

   Tabla 14.2 Resultados de las primeras identificaciones de fitopatógenos en acuapónica a partir del análisis de la encuesta internacional 2018 y de la literatura existente

   tabla tead tr class="encabezado» ThPlant host/th th Patógenos vegetales /th th Referencias o resultados de encuestas /th /tr /thead tbody tr class="impar» TdAllium schoenoprasu/td td Pythium sp.sup (b) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» TDBeta vulgaris (acelgas suizas) /td td Erysiphe betaesup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» TDCucumis sativus/td td Podosphaera xanthiisup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» TDFragaria spp. /td td Botrytis cinereasup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» TDLActuca sativa/td td Botrytis cinereasup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» td/td td Bremia lactucaesup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» td/td td Fusarium sp.sup (b) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» td/td td Pythium dissotocumsup (b) /sup /td td Rakocy (2012) /td /tr tr class="impar» td/td td Pythio miriotylumsup (b) /sup /td td Rakocy (2012) /td /tr tr class="incluso» td/td td Esclerotinia sp.sup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» TDMentha spp. /td td Pythium sp.sup (b) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» TDNasturtium officinale/td td Aspergillus sp.sup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» tdocimum basilicum/td td Alternaria sp.sup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» td/td td Botrytis cinereasup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» td/td td Pythium sp.sup (b) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» td/td td Esclerotinia sp.sup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="impar» tdPisum sativum/td td Erisiphe pisisup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr tr class="incluso» TdSolaNum lycopersicum/td td Pseudomononas solanacearumsup (a) /sup /td td McMurty y otros (1990) /td /tr tr class="impar» td/td td Fitofthora infestanssup (a) /sup /td td Encuesta /td /tr /tbody /tabla

   Los patógenos vegetales identificados por síntomas en la parte aérea se anotan con (a) y en la parte raíz por (b) en exponente enviado con el objetivo de identificar síntomas sin vinculación del nombre de la enfermedad (cuadro 14.3). La tabla 14.2 identifica principalmente enfermedades con síntomas específicos, es decir, síntomas que pueden estar directamente relacionados con un patógeno vegetal. Es el caso de Botrytis cinerea y su típico moho gris, moho polvoriento (Erysiphe y Podosphaera genera en la tabla) y su micelio/conidios en polvo blanco, y por último Sclerotinia spp. y su producción de esclerocios. La presencia de 3 patólogos vegetales en los encuestados amplía la lista, con la identificación de algunos patógenos radiculares (por ejemplo, Pythium spp.). Los síntomas generales que no son lo suficientemente específicos como para estar directamente relacionados con un patógeno sin más verificación (véase el diagnóstico en Sect. 14.3) se encuentran en consecuencia en la Tabla 14.3. Pero es importante destacar que la mayoría de los síntomas observados en esta tabla también podrían ser consecuencia de tensiones abióticas. La clorosis foliar es uno de los ejemplos más explícitos porque puede estar relacionada con un gran número de patógenos (por ejemplo, para las lechugas: Pythium spp., Bremia lactucae, Sclerotinia spp., virus amarillos occidentales de remolacha), con condiciones ambientales (por ejemplo, exceso de temperatura) y con deficiencias minerales (nitrógeno, magnesio, potasio, calcio, azufre, hierro, cobre, boro, zinc, molibdeno) (Lepoivre 2003; Resh 2013).

   Tabla 14.3 Revisión de los síntomas ocurridos en acuapónica a partir del análisis de la encuesta internacional 2018

   tabla tead tr class="encabezado» Los síntomas/th th Especies de plantas /th /tr /thead tbody tr class="impar» Clorosis tdfoliar/td td Allium schoenoprasum sup1/sup, Amaranthus viridis sup1/sup, Coriandrum sativum sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iOcimum basilicum/i sup6/sup, iLactuca sativa/i sup4/sup, Mentha spp. sup2/sup, IPetroselinum crispum/i sup1/sup, Spinacia oleracea sup2/sup, Isolanum lycopersicum/i sup1/sup, Fragaria spp. sup1/sup /td /tr tr class="incluso» Necrosis TDfoliar/td td Mentha spp. sup2/sup, iocimum basilicum/i sup1/sup, /td /tr tr class="impar» Necrosis TDSTEM/td td IsolaNum lycopersicum/i sup1/sup, /td /tr tr class="incluso» TDNecrossis del collar/td td iOcimum basilicum/i sup1/sup /td /tr tr class="impar» Mosaico tdfoliar/TD td iCucumis sativus/i sup1/sup, Mentha spp. sup1/sup, iocimum basilicum/i sup1/sup, /td /tr tr class="incluso» marchitamiento tdFoliar td Brassica oleracea Grupo Acephala sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, Mentha spp. sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iOcimum basilicum/i sup1/sup, IsolaNum lycopersicum/i sup1/sup /td /tr tr class="impar» TDFoliar, tallo y collar/td td Allium schoenoprasum sup1/sup, iCapsIcum annuum/i sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup2/sup, Mentha spp. sup2/sup, iOCImum basilicum/i sup4/sup, IsolaNum lycopersicum/i sup1/sup /td /tr tr class="incluso» Puntos TDFoliar/td td iCapsicum anuum/i sup1/sup, iCucumis sativus/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup2/sup, Mentha spp. sup1/sup, iOcimum basilicum/i sup5/sup /td /tr tr class="impar» TDDamping desactivado/td td Spinacia oleracea sup1/sup, iocimum basilicum/i sup1/sup, IsolaNum lycopersicum/i sup1/sup, plántulas en general sup5/sup /td /tr tr class="incluso» TDarrugas/TD td iBeta vulgaris/i (acelgas suizas) sup1/sup, iCapsIcum annuum/i sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, iOcimum basilicum/i sup1/sup /td /tr tr class="impar» TDBrowning o descomposición raíz/td td Allium schoenoprasum sup1/sup, Amaranthus viridis sup1/sup, IBeta vulgaris/i (acelgas suizas) sup1/sup, Coriandrum sativum sup1/sup, iLactuca sativa/i sup1/sup, Mentha spp. sup2/sup, iOcimum basilicum/i sup2/sup, iPetroselinum crispum/i sup2/sup, IsolaNum lycopersicum/i sup1/sup, Spinacia oleracea sup1/sup /td /tr /tbody /tabla

   Los números en exponente representan la ocurrencia del síntoma para una planta específica en un total de 32 sistemas acuapónicos revisados

   14.2.3 Microorganismos Benéficos en la Acuapónica: Las Posibilidades

   Como se explica en la introducción, varias publicaciones se centraron en las bacterias involucradas en el ciclo del nitrógeno, mientras que otras ya enfatizan la presencia potencial de microorganismos beneficiosos que interactúan con fitopatógenos y/o plantas (Rakocy 2012; Gravel et al. 2015; Sirakov et al. 2016). En esta sección se revisa el potencial de los microorganismos beneficiosos de las plantas implicados en la acuapónica y sus modos de acción.

   Sirakov et al. (2016) analizaron bacterias antagónicas contra Pythium ultimum aisladas de un sistema aquapónico. Entre los 964 aislamientos probados, 86 mostraron un fuerte efecto inhibidor sobre Pythium ultimum in vitro. Se deben realizar más investigaciones para identificar taxonómicamente estas bacterias y evaluar su potencial in vivo. Los autores asumen que muchos de estos aislamientos pertenecen al género Pseudomonas. Schmautz et al. (2017) llegaron a la misma conclusión al identificar Pseudomonas spp. en la rizosfera de la lechuga. Las especies antagónicas del género Pseudomonas fueron capaces de controlar patógenos vegetales en ambientes naturales (por ejemplo, en suelos supresores), mientras que esta acción también se ve afectada por las condiciones ambientales. Pueden proteger a las plantas contra los patógenos de forma activa o pasiva al obtener una respuesta de defensa vegetal, desempeñar un papel en la promoción del crecimiento de las plantas, competir con los patógenos por el espacio y los nutrientes (por ejemplo, la competencia del hierro mediante la liberación de sideróforos quelantes del hierro), y/o finalmente mediante la producción de antibióticos o metabolitos antifúngicos como los biosurfactantes (Arras y Arru 1997; Ganeshan y Kumar 2005; Haas y Défago 2005; Beneduzi et al. 2012; Narayanasamy 2013). Aunque Gravel et al. (2015) no identificaron microorganismos, reportan que los efluentes de peces tienen la capacidad de estimular el crecimiento de las plantas, disminuir el crecimiento micelial de Pythium ultimum y Pythium oxysporum in vitro y reducir la colonización de raíz de tomate por estos hongos.

   La información sobre la posible capacidad natural fitosanitaria de la microbiota acuapónica es escasa, pero el potencial de esta acción protectora puede contemplarse con respecto a diferentes elementos ya conocidos en hidroponía o en acuicultura recirculada. En 1995 se realizó un primer estudio sobre la acción supresora o la supresión promovida por microorganismos en cultivos sin suelo (McPherson et al. 1995). La supresión en hidroponía, definida aquí por Postma et al. (2008)), ha sido «referida a los casos en que (i) el patógeno no se establece o persiste; o (ii) establece pero causa poco o ningún daño». La acción supresora de un medio puede estar relacionada con el ambiente abiótico (por ejemplo, pH y materia orgánica). Sin embargo, en la mayoría de las situaciones, se considera que está relacionada directa o indirectamente con la actividad de los microorganismos o sus metabolitos (James y Becker 2007). En el cultivo sin suelo, Postma et al. (2008) y Vallance et al. (2010) revisan la capacidad supresora mostrada por la solución de agua o los medios sin suelo. En estas revisiones, los microorganismos responsables de esta acción supresora no están claramente identificados. Por el contrario, patógenos vegetales como Phytophthora cryptogea, Pythium spp., Pythium aphanidermatum y Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici controlada o suprimida por la microbiota natural se describen exhaustivamente. En los diversos artículos revisados por Postma et al. (2008) y Vallance et al. (2010), la implicación microbiana en el efecto supresor se verifica generalmente a través de una destrucción de la microbiota del sustrato sin suelo mediante esterilización primero y eventualmente seguida de una re-inoculación. Si se compara con un sistema abierto sin recirculación, la actividad supresora en sistemas sin suelo podría explicarse por la recirculación del agua (McPherson et al. 1995; Tu et al. 1999, citado por Postma et al. 2008) que podría permitir un mejor desarrollo y propagación de microorganismos beneficiosos (Vallance et al. 2010) .

   Desde 2010, la supresión de los sistemas hidropónicos ha sido generalmente aceptada y los temas de investigación han sido más impulsados por el aislamiento y caracterización de cepas antagónicas en cultivo sin suelo con especies de Pseudomonas como principales organismos estudiados. Si se demostró que los sistemas de cultivo sin suelo pueden ofrecer capacidad supresora, no hay demostración similar de tal actividad en los sistemas acuapónicos. Sin embargo, no hay ninguna indicación empírica de que no sea así. Este optimismo surge de los descubrimientos de Gravel et al. (2015) y Sirakov et al. (2016) descritos en el segundo párrafo de esta sección. Además, se ha demostrado en hidroponía (Haarhoff y Clearby 1991 citado por Calvo-bado et al. 2003; Van Os et al. 1999), pero también en el tratamiento del agua para el consumo humano (revisado por Verma et al. 2017) que la filtración lenta (descrita en Sect. 14.3.1) y, más precisamente, la filtración de arena lenta también pueden actuar contra los patógenos vegetales mediante una acción supresora microbiana, además de otros factores físicos. En hidroponía, se ha demostrado que la filtración lenta es eficaz contra los patógenos vegetales examinados en la Tabla 14.4. Se supone que la actividad supresora microbiana en los filtros se debe muy probablemente a especies de Bacillus y/o Pseudomonas (Brand 2001; Déniel et al. 2004; Renault et al. 2007; Renault et al. 2012). Los resultados de Déniel et al. (2004) sugieren que en hidroponía, el modo de acción de Pseudomonas y Bacillus depende de la competencia por nutrientes y antibióticos, respectivamente. Sin embargo, podrían estar presentes otros modos de acción para estos dos géneros, como ya se ha explicado para Pseudomonas spp. Las especies Bacillus pueden, dependiendo del medio ambiente, actuar indirectamente mediante la bioestimulación de las plantas o mediante la estimulación de las defensas vegetales, o directamente por antagonismo mediante la producción de sustancias antifúngicas y/o antibacterianas. Las enzimas degradantes de la pared celular, bacteriocinas y antibióticos, lipopéptidos (es decir, biosurfactantes), se identifican como moléculas clave para esta última acción (Pérez-García et al. 2011; Beneduzi et al. 2012; Narayanasamy 2013). Teniendo en cuenta todo, el funcionamiento de un filtro lento no es tan diferente del funcionamiento de algunos biofiltros utilizados en acuapónica. Además, algunas bacterias heterotróficas como Pseudomonas spp. ya estaban identificadas en biofiltros acuapónicos (Schmautz et al. 2017). Esto concuerda con los resultados de otros investigadores que detectaron frecuentemente Bacillus y/o Pseudomonas en biofiltros RAS (sistema acuícola recirculada) (Tal et al. 2003; Sugita et al. 2005; Schreier et al. 2010; Munguia-Fragozo et al. 2015; Rurangwa y Verdegem 2015). Sin embargo, hasta ahora no se ha realizado ningún estudio sobre la posible supresión de los biofiltros acuapónicos.

   Cuadro 14.4 Examen de los patógenos vegetales eliminados eficazmente por filtración lenta en hidroponía

   tabla tead tr class="encabezado» Thpatógenos vegetales/th th Referencias /th /tr /thead tbody tr class="impar» tdixanthomonas campestris/i pv. ipelargonii/I/td td Marca (2001) /td /tr tr class="incluso» Tdifusarium oxysporum/i/td td Wohanka (1995), Ehret y otros (1999) citados por Ehret y otros (2001), van Os et al. (2001), Déniel et al. (2004), y Furtner et al. (2007) /td /tr tr class="impar» Tdipythium/I spp. /td td Déniel y otros (2004) /td /tr tr class="incluso» Tdipythium aphanidermatum/i/td td Ehret et al. (1999), citada por Ehret et al. (2001), y Furtner et al. (2007) /td /tr tr class="impar» Tdiphytophthora cinnamomi/i/td td Van Os et al. (1999), 4 referencias citadas por Ehret et al. (2001) /td /tr tr class="incluso» tDiphytophthora cryptogea/i/td td Calvo-bado y otros (2003) /td /tr tr class="impar» TDiphytophthora cactorum/i/td td Evenhuis y otros (2014) /td /tr /tbody /tabla

3. 14.3 Proteger las plantas de patógenos en acuapónica

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

   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).

4. 14.4 El papel de la materia orgánica en la actividad de biocontrol en sistemas acuapónicos

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

   En Sect. 14.2.3, se sugirió la supresión de los sistemas acuapónicos. Como se ha dicho anteriormente, la hipótesis principal está relacionada con la recirculación del agua como lo es para los sistemas hidropónicos. Sin embargo, existe una segunda hipótesis, vinculada a la presencia de materia orgánica en el sistema. Materia orgánica que podría impulsar un ecosistema microbiano más equilibrado incluyendo agentes antagónicos menos adecuados para los patógenos vegetales (Rakocy 2012).

   En la acuapónica, la materia orgánica proviene del suministro de agua, alimentos no consumidos, heces de pescado, sustrato vegetal orgánico, actividad microbiana, exudados de raíces y residuos vegetales (Waechter-Kristensen et al. 1997; Naylor et al. 1999; Waechter-Kristensen et al. 1999). En este sistema, las bacterias heterotróficas son organismos capaces de utilizar la materia orgánica como fuente de carbono y energía, generalmente en forma de carbohidratos, aminoácidos, péptidos o lípidos (Sharrer et al. 2005; Willey et al. 2008; Whipps 2001). En la acuicultura recirculada (RAS), se localizan principalmente en el biofiltro y consumen partículas orgánicas atrapadas en él (Leonard et al. 2000; Leonard et al. 2002). Sin embargo, otra fuente de carbono orgánico para las bacterias heterotróficas son las sustancias húmicas presentes como materia orgánica disuelta y responsables de la coloración amarillo-pardusca del agua (Takeda y Kiyono 1990 citados por Leonard et al. 2002; Hirayama et al. 1988). Tanto en el suelo como en hidroponía, los ácidos húmicos son conocidos por estimular el crecimiento de la planta y mantener la planta bajo condiciones de estrés abiótico (Bohme 1999; du Jardin 2015). Las proteínas en el agua pueden ser utilizadas por las plantas como fuente alternativa de nitrógeno mejorando así su crecimiento y resistencia a los patógenos (Adamczyk et al. 2010). En el agua recirculada, la abundancia de bacterias heterotróficas de vida libre se correlaciona con la cantidad de carbono orgánico biológicamente disponible y relación carbono-nitrógeno (C/N) (Leonard et al. 2000; Leonard et al. 2002; Michaud et al. 2006; Attramadal et al. 2012). En el biofiltro, un aumento en la relación C/N aumenta la abundancia de bacterias heterotróficas a expensas del número de bacterias autotróficas responsables del proceso de nitrificación (Michaud et al. 2006; Michaud et al. 2014). Como está implícito, los microorganismos heterotróficos pueden tener un impacto negativo en el sistema porque compiten con bacterias autotróficas (por ejemplo, bacterias nitrificantes) por espacio y oxígeno. Algunos de ellos son patógenos de plantas o peces, o responsables del dessabor del pescado (Chang-Ho 1970; Funck-Jensen y Hockenhull 1983; Jones et al. 1991; Leonard et al. 2002; Nogueira et al. 2002; Michaud et al. 2006; Mukerji 2006; Whipps 2001; Rurangwa y Verdegem 2015). Sin embargo, los microorganismos heterotróficos implicados en el sistema también pueden ser positivos (Whipps 2001; Mukerji 2006). Varios estudios que utilizan fertilizantes orgánicos o medios orgánicos sin suelo, en hidroponía, han demostrado efectos interesantes donde la microbiota residente pudo controlar enfermedades vegetales (Montagne et al. 2015). Todos los sustratos orgánicos tienen sus propias propiedades físico-químicas. En consecuencia, las características de los medios influirán en la riqueza y las funciones microbianas. Por lo tanto, la elección de un medio vegetal específico podría influir en el desarrollo microbiano para tener un efecto supresor sobre los patógenos (Montagne et al. 2015; Grunert et al. 2016; Montagne et al. 2017). Otra posibilidad de supresión de patógenos relacionada con el carbono orgánico es el uso de enmiendas orgánicas en hidroponía (Maher et al. 2008; Vallance et al. 2010). Al agregar compostes en medios sin suelo, como es de uso común en el suelo, se esperan efectos supresores (Maher et al. 2008). Otra posibilidad es mejorar o mantener un microorganismo específico como la población de Pseudomonas mediante la adición de algunas fuentes de carbono formuladas (por ejemplo, producto a base de nitrapirina) según lo informado por Pagliaccia et al. (2007) y Pagliaccia et al. (2008). La aparición del cultivo orgánico sin suelo también pone de relieve la implicación de microorganismos beneficiosos contra los patógenos vegetales apoyados por el uso de fertilizantes orgánicos. Fujiwara et al. (2013), Chinta et al. (2014), y Chinta et al. (2015) reportaron que la fertilización con licor empinado de maíz ayuda a controlar Fusarium oxysporum f.sp. lactucae y Botrytis cinerea sobre lechugas y Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici en plantas de tomate. Y aunque apenas se aconseja para el uso acuapónico, 1 g/L de fertilizante soluble a base de pescado (Shinohara et al. 2011) suprime la marchitez bacteriana en tomate causada por Ralstonia solanacearum en hidroponía (Fujiwara et al. 2012).

   Por último, aunque la información sobre el impacto de la materia orgánica en la protección vegetal en la acuapónica es escasa, los diversos elementos mencionados anteriormente muestran su potencial capacidad para promover una microbiota específica del sistema y supresora de patógenos vegetales.

5. 14.5 Conclusiones y consideraciones futuras

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

   Este capítulo tuvo como objetivo dar un primer reporte de patógenos vegetales presentes en acuapónica, revisando métodos reales y posibilidades futuras para controlarlos. Cada estrategia tiene ventajas y desventajas y debe diseñarse a fondo para adaptarse a cada caso. Sin embargo, en este momento, los métodos curativos en sistemas acuapónicos acoplados siguen siendo limitados y se deben encontrar nuevas perspectivas de control. Afortunadamente, se podría considerar la supresión en términos de sistemas acuapónicos, como ya se ha observado en hidroponía (por ejemplo, en medios vegetales, agua y filtros lentos). Además, la presencia de materia orgánica en el sistema es un factor alentador cuando se compara con los sistemas de cultivo sin suelo que utilizan fertilizantes orgánicos, medios vegetales orgánicos o enmiendas orgánicas.

   Para el futuro, parece importante investigar esta acción supresora seguida de la identificación y caracterización de los microbios o consorcios de microbios responsables. Sobre la base de los resultados, podrían preverse varias estrategias para mejorar la capacidad de las plantas para resistir a los patógenos. El primero es el control biológico mediante la conservación, lo que significa favorecer a los microorganismos beneficiosos mediante la manipulación y gestión de la composición del agua (por ejemplo, relación C/N, nutrientes y gases) y parámetros (por ejemplo, pH y temperatura). Pero la identificación de estos factores influyentes debe realizarse primero. Este manejo de bacterias autotróficas y heterotróficas también es fundamental para mantener una buena nitrificación y mantener peces sanos. La segunda estrategia es el control biológico aumentativo mediante la liberación adicional de microorganismos beneficiosos ya presentes en el sistema en grandes cantidades (método inundativo) o en pequeñas cantidades pero repetidas en el tiempo (método de inoculación). Pero debe lograrse la identificación previa y multiplicación de un ACB aquapónico. La tercera estrategia es la importación, es decir, la introducción de un nuevo microorganismo que normalmente no está presente en el sistema. En este caso, se necesita la selección de un microorganismo adaptado y seguro para el ambiente acuapónico. Para las dos últimas estrategias, el lugar de inoculación en el sistema debe considerarse en función del objetivo deseado. Los sitios en los que se podría mejorar la actividad microbiana son el agua recirculada, la rizosfera (incluidos los medios vegetales), el biofiltro (como en los filtros de arena lenta donde ya se ha probado la adición de BCA) y la filosfera (es decir, parte de la planta aérea). Cualquiera que sea la estrategia, el objetivo final debe ser guiar a las comunidades microbianas a proporcionar un entorno microbiano estable y ecológicamente equilibrado que permita una buena producción tanto de plantas como de peces.

   Para concluir, seguir los requisitos del manejo integrado de plagas vegetales (IPM) es una necesidad para gestionar correctamente el sistema y evitar el desarrollo y la propagación de enfermedades vegetales (Bittsanszky et al. 2015; Nemethy et al. 2016). El principio del IPM consiste en aplicar plaguicidas químicos u otros agentes como último recurso cuando se alcance el nivel de perjuicio económico. Por consiguiente, el control de los patógenos deberá basarse en primer lugar en métodos físicos y biológicos (descritos anteriormente), su combinación y una detección y seguimiento eficaces de la enfermedad (Parlamento Europeo, 2009).