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Tecnología de sistema

1. 3.1 Fuentes de agua

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   El abastecimiento de agua es una consideración importante, ya que afecta directamente a la gestión y el rendimiento del sistema. Por lo general, el 1 -3% del agua total del sistema se reemplaza por día dependiendo del clima, la época del año y los cultivos que se producen (Somerville et al. 2014). El agua se pierde en el sistema a través de la evaporación, la transpiración en la planta y a través de procesos normales de salpicaduras, limpieza y recolección.

   El agua con una salinidad superior a 0,8 partes por mil (ppt) normalmente no es adecuada para la producción acuapónica, ya que la mayoría de las plantas cultivadas no toleran ni siquiera un pequeño grado de sal (Shannon y Grieve 1998). Los cultivos acuapónicos comunes con tolerancia a la salinidad incluyen lechuga (0,83 — 2,8 ppt), col rizada (hasta 7,4 ppt), acelgas suizas (1,5 — 3,5 ppt) y tomates (hasta 5,8 ppt) (Maggio et al 2007, Shannon y Grieve 1998, Shannon et al. 2000). Aunque algunos cultivos muestran la capacidad de tolerar la sal, el crecimiento se ve comprometido en algún momento durante la producción.

   La mayoría de los productores acuapónicos utilizan agua de lluvia, agua de pozo, agua municipal o una combinación para sus sistemas.

   Agua de lluvia: El agua de lluvia típicamente tiene un pH neutro o ligeramente ácido, una ligera dureza de calcio y magnesio, y sin salinidad (Somerville et al. 2014). En los grandes sistemas, el agua de lluvia suele utilizarse mejor junto con otras fuentes para reducir los costos generales y mejorar la sostenibilidad.

   La escorrentía de agua de lluvia puede capturarse fácilmente de techos o canalones y almacenarse para su uso posterior. El agua recolectada de los techos debe tratarse antes de su uso, ya que puede contener bacterias y patógenos de excrementos de aves o roedores. Entre las consideraciones se incluyen las áreas que pueden recibir lluvia ácida, las leyes que prohíben la recolección y el material del techo y la edad. Algunas investigaciones han sugerido que los techos nuevos y envejecidos no son adecuados para la recolección (Clark et al. 2008), ya que materiales como las tejas, el cedro y el aluminio galvanizado sin recubrimiento pueden contaminar el agua con productos químicos, metales pesados y contaminantes.

   _Agua de pozos: _ El agua de pozo es una opción viable para algunos productores. Las consideraciones incluyen contaminantes potenciales y composición del lecho de roca. Los productos químicos que son particularmente dañinos incluyen metales pesados, hierro y azufre. Los acuíferos con lecho de roca compuesto de piedra caliza tienen una alta dureza del agua y concentraciones de alcalinidad. La alcalinidad (bases en el agua como carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos) evita oscilaciones en el pH, que se reduce naturalmente en la acuapónica debido a la nitrificación. Alternativamente, los productores con una producción de pescado muy baja pueden requerir tratamiento de agua para disminuir la dureza y/o alcalinidad antes de su uso (Somerville et al. 2014). La falta de pescado y la subsiguiente entrada de alimento puede hacer que el pH permanezca demasiado alto, lo que hace que ciertos nutrientes sean inaccesibles para la planta. También será necesario determinar la velocidad de bombeo del acuífero si será la única fuente de agua para un sistema acuapónico. Esto es particularmente importante en sistemas que requerirán grandes adiciones de agua o reemplazo.

   _Agua municipal: _ El agua municipal es ideal para su uso en sistemas acuapónicos. El cloro en el agua del grifo elimina bacterias, patógenos y algas, por lo que es una fuente segura y confiable de agua. Sin embargo, el cloro y las cloraminas deben eliminarse antes de su uso, ya que es tóxico para los peces y eliminará las bacterias nitrificantes.

   La cloramina es básicamente una molécula muy estable de cloro unida al amoníaco. A diferencia del cloro por sí solo, las cloraminas no pueden evaporarse fuera del agua. Esto proporciona a los hogares rurales un suministro seguro de agua potable, pero hace que su uso sea complicado para los productores acuapónicos. El cloro libre en el agua se puede gasear en 48-72 horas con aireación. Las cloraminas requieren disipación química (por ejemplo, tiosulfato de sodio) o filtración de carbón vegetal. Dado el pequeño volumen de intercambio de agua, las cloraminas normalmente no tienen un impacto negativo en un sistema acuapónico. Por lo general, puede reemplazar alrededor del 10% del volumen de agua del sistema sin tratar ni probar cloro/cloraminas.

   Aguas superficiales: El agua superficial incluye estanques, lagos, ríos y arroyos. El agua superficial puede introducir patógenos, algas, caracoles y otros organismos. Además, muchas aguas superficiales están contaminadas con contaminantes o escorrentía agrícola que representan una amenaza para la seguridad alimentaria de los organismos del sistema y de los consumidores.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *

2. 3.2 Eliminación de residuos

   Original publication 2021 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   La recuperación y digestión de efluentes de peces es más importante en acuapónica que en la eliminación de residuos. Una gran parte de los piensos se excreta como residuos sólidos. Los nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas están atrapados dentro de esta lechada concentrada y deben recuperarse para reducir los costos de producción y limitar la necesidad de suplementación de nutrientes. La recuperación de estos nutrientes mueve la producción acuapónica hacia un sistema de descarga cero. Los nutrientes se pueden recuperar a través de la digestión aeróbica o anaeróbica de sólidos. Puede ser apropiada la aplicación directa de nutrientes en tierras de cultivo o lodos de compostaje.

   Mineralization: Aproximadamente el 20% del N y el 50% del P del alimento es utilizado por los peces para su crecimiento (Timmons et al. 2018). El resto de N y P (70% y 30%, respectivamente) se excreta como producto residual por las branquias y como residuo de partículas (10% y 20% para N y P, respectivamente). Los residuos de partículas también contienen macro y micronutrientes no absorbidos por los peces. La recuperación de estos nutrientes puede mejorar el crecimiento de las plantas y limitar la necesidad de nutrientes suplementarios.

   

   La mineralización de efluentes de peces funciona de manera similar a los procesos que ocurren en el suelo. En AP, el efluente concentrado de pescado se descarga en un tanque de retención fuera de línea. Los microbios degradan aeróbicamente (o anaeróbicamente) los materiales sólidos orgánicos, liberando nutrientes inorgánicos solubles en el agua, que luego están disponibles para su uso por las plantas (Delaide et al. 2018, Goddek et al. 2018). Solo en forma inorgánica están disponibles los nutrientes para las plantas. En condiciones aeróbicas, la aireación pesada se aplica a los sólidos concentrados (Figura 10). Después de 8-10 días, la aireación se apaga, se permite que los sólidos se asienten y se libera agua clarificada en el sistema (Pattillo 2017). En condiciones anaeróbicas, las bacterias descomponen la materia orgánica en ambientes con poco o ningún oxígeno. La digestión anaeróbica produce gas metano (CH4) que puede ser utilizado como biocombustible (Dana 2010) y digestante concentrado que puede ser aplicado a cultivos de invernadero (Pickens 2015) o utilizado para la producción de plántulas (Danaher et al. 2009, Pantanella et al. 2011). La digestión anaeróbica de sólidos de pescado es más compleja de manejar que la digestión aeróbica y puede ser prohibitiva debido al gran volumen de digestores necesario (Chen et al. 1997).

   Existe poca información sobre la contribución microbiana o los procesos ambientales que subyacen a la mineralización aeróbica efectiva de efluentes de peces; sin embargo, estudios sugieren que la recuperación de nutrientes a partir de sólidos de peces puede ser significativa (Cerozi y Fitzsimmons 2017, Cerozi y Fitzsimmons 2016, Goddek et al. 2018, Rakocy et al. 2016, Tyson et al. 2011, Yogev et al. 2016, Khiari et al. 2019, Graber y Junge 2009). Los resultados preliminares de los sistemas de investigación AP in situ en la Universidad Estatal de Kentucky (KSU) muestran que la mineralización aeróbica de efluentes de peces durante 14 días dio lugar a un aumento del 143% (7,61 a 18,5 mg/L) en fosfato (PO4), un aumento del 47% en nitrato (NO3-N; 28,5 a 41.7 mg/L) y ≥ 20% en Ca 74. 23 mg/L) y K (27,38 a 32,7 mg/L) en comparación con el agua del sistema (inédito). Sin embargo, incluso si los nutrientes se recuperan del efluente y se proporcionan en la forma y cantidad correctas, las interacciones con otros nutrientes y la química del agua a veces pueden hacer que no estén disponibles para las plantas (Bryson and Mills 2014).

   Direct application: Los residuos también se pueden aplicar directamente como enmienda del suelo, compostar mediante métodos tradicionales de tratamiento térmico, o a través de vermicompost (compostaje de gusanos). La aplicación directa debe utilizarse como fertilizante de bajo grado o si la suspensión es inferior al uno por ciento de sólidos. El compostaje a base de calor de sólidos de peces deshidratados requiere experiencia adicional y costo de mano de obra, pero puede agregar un flujo de ingresos adicional importante. El vermicompostaje utiliza métodos similares al compostaje tradicional, pero no depende del calor para procesar los residuos. Los gusanos consumen materia orgánica, fragmentan y airean el material sólido, y potencialmente pueden proporcionar un alimento vivo complementario para peces (Yeo y Binkowski 2010). El compost puede incluir residuos vegetales u otros materiales compostables de producción. No es raro que los efluentes mineralizados se embotellen y se vendan directamente a los jardineros domésticos o a las pequeñas operaciones de invernadero; sin embargo, algunas restricciones pueden aplicarse dependiendo de sus regulaciones locales.

   *Fuente: Janelle Hager, Leigh Ann Bright, Josh Dusci, James Tidwell. 2021. Universidad Estatal de Kentucky. Manual de producción acuapónica: un manual práctico para cultivadores. *