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Calidad del agua en acuapónica

1. Manipulación del ph

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Existen métodos simples para manipular el pH en unidades acuapónicas. En regiones con piedra caliza o lecho de tiza, el agua natural es a menudo dura con un pH alto. Por lo tanto, pueden ser necesarias adiciones periódicas de ácido para bajar el pH. En regiones con lecho de roca volcánica, el agua natural suele ser blanda, con muy baja alcalinidad, lo que indica la necesidad de añadir periódicamente una base o un tampón de carbonato al agua para contrarrestar la acidificación natural de la unidad acuapónica. También se requieren adiciones de base y tampón para los sistemas de secano.

   Bajar el pH con ácido

   El agua acuapónica acidifica naturalmente debido a la nitrificación y la respiración. Con paciencia, los niveles de pH a menudo disminuyen hasta el rango objetivo.

   Sin embargo, la adición de ácido puede ser necesaria si el agua fuente tiene un alto KH y un pH alto, y hay una alta tasa de evaporación. En estos casos poco comunes y excepcionales, el volumen de agua para reabastecer el sistema es tal que eleva significativamente el pH por encima de los rangos óptimos y domina la acidificación natural. También es necesario añadir ácido si la cantidad de pescado almacenado no es suficiente para producir suficientes desechos disueltos para impulsar la nitrificación y la acidificación resultante. En estos casos, el reabastecimiento de agua dará lugar a un reabastecimiento de los agentes amortiguadores, carbonatos. La producción de ácido natural no será suficiente para reaccionar con los agentes amortiguadores y posteriormente reducir el pH. Sólo agregue ácido si el agua fuente es muy dura y básica y si no hay agua de lluvia que pueda suministrar al sistema agua libre de KH para ayudar a las bacterias nitrificantes a reducir naturalmente el pH.

   

   Agregar ácido a un sistema acuapónico es peligroso. El peligro es que al principio el ácido reacciona con amortiguadores y no se nota ningún cambio de pH. Cada vez se agrega más ácido sin cambio de pH, hasta que finalmente todos los amortiguadores han reaccionado y el pH cae drásticamente, lo que a menudo resulta en un shock terrible y estresante para el sistema. Es mejor práctica, si es necesario agregar ácido, para tratar un depósito de esta agua de reabastecimiento con ácido, y luego agregar el agua tratada al sistema (Figura 3.10). Esto elimina el riesgo para el sistema si se usa demasiado ácido. El ácido siempre se debe agregar a un volumen de agua de reabastecimiento, y se debe usar cuidado extremo para no agregar demasiado ácido al sistema. Si el sistema está diseñado con una línea de suministro de agua automática, puede ser necesario agregar ácido directamente al sistema, pero el peligro aumenta.

   

   El ácido fosfórico (H3PO4) se puede utilizar para bajar el pH. El ácido fosfórico es un ácido relativamente suave. Se puede encontrar en calidad alimentaria de tiendas hidropónicas o agrícolas bajo varios nombres comerciales. El fósforo es un macronutriente importante para las plantas, pero el uso excesivo de ácido fosfórico puede conducir a una concentración tóxica de fósforo en el sistema. En situaciones con agua fuente extremadamente dura y básica (alto KH, pH alto), se ha utilizado ácido sulfúrico (H2SO4). Sin embargo, debido a su alta corrosividad e incluso mayor nivel de peligro, su uso no se recomienda a los principiantes. El ácido nítrico (HNO3) también se ha utilizado como un ácido relativamente neutro. El ácido cítrico, aunque es tentador de usar, es antimicrobiano y puede matar las bacterias del biofiltro; no se debe usar ácido cítrico.

   Los ácidos concentrados son peligrosos, tanto para el sistema como para el operador. Deben adoptarse las precauciones de seguridad adecuadas, incluidas las gafas de seguridad y los guantes (Figura 3.11). Nunca agregue agua al ácido, siempre agregue ácido al agua.

   Aumento del pH con búferes o bases

   

   Si el nivel de pH cae por debajo de 6.0, es necesario agregar una base y/o aumentar la dureza del carbonato. Las bases comúnmente utilizadas son el hidróxido de potasio (KOH) y el hidróxido de calcio (Ca (OH)2). Estas bases son fuertes, y deben añadirse de la misma manera que los ácidos; siempre cambie el pH lentamente. Sin embargo, una solución más segura y fácil es agregar carbonato de calcio (CaCo3) o carbonato de potasio (K2CO3), lo que aumentará tanto el KH como el pH. Hay muchas fuentes naturales y económicas de carbonato de calcio que se pueden agregar al sistema. Algunos de estos incluyen cáscaras de huevo trituradas, conchas marinas finamente trituradas, grano de piedra caliza grueso y tiza triturada. El método recomendado es colocar el material en una bolsa porosa suspendida en el tanque de sumidero (Figura 3.12). Continúe probando el pH durante las próximas semanas para controlar el aumento del pH. Retire la bolsa si el pH aumenta por encima de 7. Alternativamente, añadir 2-3 puñados de estos materiales por cada 1.000 litros, bien directamente en los medios de comunicación o en el componente del biofiltro. Si usa conchas marinas, asegúrese de enjuagar la sal residual antes de añadirla al sistema. La elección de las bases y tampones también puede ser impulsada por el tipo de plantas que crecen en el sistema, ya que cada uno de estos compuestos añade un importante macronutriente. Las verduras de hoja pueden ser favorecidas por las bases de calcio para evitar quemaduras de punta en las hojas; mientras que el potasio es óptimo en las plantas frutales para favorecer la floración, la configuración de la fruta y la maduración óptima.

   El bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) se usa a menudo para aumentar la dureza del carbonato en RASs, pero nunca debe usarse en acuapónica debido al aumento resultante de sodio, que es perjudicial para las plantas.

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *

2. Otros componentes importantes de la calidad del agua: algas y parásitos

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Actividad fotosintética de algas

   El crecimiento fotosintético y la actividad de las algas en unidades acuapónicas afectan los parámetros de calidad del agua de pH, DO y nitrógeno. Las algas son una clase de organismos fotosintéticos que son similares a las plantas, y crecerán fácilmente en cualquier cuerpo de agua que sea rico en nutrientes y expuesta a la luz solar. Algunas algas son organismos microscópicos unicelulares llamados fitoplancton, que pueden colorear el verde del agua (Figura 3.8). Las macroalgas son mucho más grandes, formando comúnmente esteras filamentosas unidas a los fondos y lados de los tanques (Figura 3.9).

   

   Para la acuapónica, es importante prevenir el crecimiento de algas porque son problemáticas por varias razones. Primero, consumirán los nutrientes en el agua y competirán con las verduras objetivo. Además, las algas actúan como fuente y sumidero de DO, produciendo oxígeno durante el día a través de la fotosíntesis y consumiendo oxígeno por la noche durante la respiración. Pueden reducir drásticamente los niveles de DO en el agua por la noche, causando la muerte de los peces. Esta producción y consumo de oxígeno está relacionada con la producción y el consumo de dióxido de carbono, lo que provoca cambios diarios en el pH ya que el ácido carbónico se elimina (durante el día - pH más alto del agua) del sistema o se devuelve (durante la noche - pH del agua más bajo) al sistema. Por último, las algas filamentosas pueden obstruir los drenajes y bloquear los filtros dentro de la unidad, lo que provoca problemas con la circulación del agua. Las algas filamentosas marrones también pueden crecer en las raíces de las plantas hidropónicas, especialmente en el cultivo de aguas profundas, y afecta negativamente el crecimiento de las plantas. Sin embargo, algunas operaciones acuícolas se benefician enormemente del cultivo de algas para piensos, conocido como cultivo de agua verde, incluyendo la cría de tilapia, el cultivo de camarones y la producción de biodiésel, pero estos temas no están directamente relacionados con la acuapónica y no se discuten aquí.

   Prevenir las algas es relativamente fácil. Todas las superficies de agua deben estar sombreadas. Para cubrir los acuarios y los biofiltros, las lonas, las hojas de palma tejidas o las tapas de plástico deben utilizarse para cubrir los acuarios de peces y los biofiltros de manera que no haya agua en contacto directo con la luz solar. Esto impedirá que las algas florezcan en la unidad.

   Parásitos, bacterias y otros pequeños organismos que viven en el agua

   La acuapónica es un ecosistema compuesto principalmente por peces, bacterias nitrificantes y plantas. Sin embargo, con el tiempo, puede haber muchos otros organismos contribuyendo a este ecosistema. Algunos de estos organismos con ser útiles, como las lombrices de tierra, y facilitar la descomposición de los residuos de peces. Otros son benignos, no ayudan ni dañan el sistema, como varios crustáceos, que viven en los biofiltros. Otros son amenazas; parásitos, plagas y bacterias son imposibles de evitar completamente porque la acuapónica no es un esfuerzo estéril. La mejor práctica de manejo para evitar que estas pequeñas amenazas se conviertan en plagas peligrosas es cultivar peces y plantas sanos y libres de estrés garantizando condiciones altamente aeróbicas con acceso a todos los nutrientes esenciales. De esta manera, los organismos pueden evitar infecciones o enfermedades utilizando sus propios sistemas inmunitarios sanos. Los capítulos 6 y 7 analizan la gestión adicional de las enfermedades de los peces y las plantas, y el capítulo 8 trata con más detalle la inocuidad de los alimentos y otras amenazas biológicas.

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *

3. Fuentes de agua acuapónica

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   En promedio, un sistema acuapónico utiliza 1-3 por ciento de su volumen total de agua por día, dependiendo del tipo de plantas que se cultivan y la ubicación. El agua es utilizada por las plantas a través de la evapotranspiración natural, así como retenida dentro de los tejidos vegetales. Se pierde agua adicional por evaporación directa y salpicaduras. Como tal, la unidad deberá reponerse periódicamente. La fuente de agua utilizada tendrá un impacto en la química del agua de la unidad. A continuación se presenta una descripción de algunas fuentes de agua comunes y la composición química común de esa agua. Las nuevas fuentes de agua deben probarse siempre para detectar el pH, la dureza, la salinidad, el cloro y cualquier contaminante, a fin de garantizar que el agua es segura de usar.

   Aquí es importante considerar un parámetro adicional de calidad del agua: salinidad. La salinidad indica la concentración de sales en agua, que incluyen sal de mesa (cloruro de sodio - NaCl), así como nutrientes vegetales, que de hecho son sales. Los niveles de salinidad tendrán un gran soporte a la hora de decidir qué agua usar, ya que la alta salinidad puede afectar negativamente la producción vegetal, especialmente si es de origen cloruro de sodio, ya que el sodio es tóxico para las plantas. La salinidad del agua se puede medir con un medidor de conductividad eléctrica (CE), un contador de sólidos disueltos totales (TDS), un refractómetro o un hidrómetro o los operadores pueden referirse a informes del gobierno local sobre la calidad del agua. La salinidad se mide como conductividad, o cuánta electricidad pasará a través del agua, como unidades de MicroSiemens por centímetro (µS/cm), o en TDS como partes por mil (ppt) o partes por millón (ppm o mg/litro). Como referencia, el agua de mar tiene una conductividad de 50 000 µS/ cm y TDS de 35 ppt (35 000 ppm). Aunque el impacto de la salinidad en el crecimiento de las plantas varía mucho entre las plantas (sección 9.4.2, apéndice 1), se recomienda utilizar fuentes de agua de baja salinidad. La salinidad, generalmente, es demasiado alta si el abastecimiento de agua tiene una conductividad superior a 1 500 µS/cm o una concentración de TDS de más de 800 ppm. Aunque los medidores EC y TDS se utilizan comúnmente en hidroponía para medir la cantidad total de sales nutritivas en el agua, estos medidores no proporcionan una lectura precisa de los niveles de nitrato, lo que puede controlarse mejor con kits de prueba de nitrógeno.

   Agua de lluvia

   El agua de lluvia recolectada es una excelente fuente de agua para la acuapónica. El agua generalmente tendrá un pH neutro y concentraciones muy bajas de ambos tipos de dureza (KH y GH) y casi cero salinidad, lo cual es óptimo para reponer el sistema y evitar acumulaciones de salinidad a largo plazo. Sin embargo, en algunas zonas afectadas por la lluvia ácida, como se registró en varias localidades de Europa oriental, Estados Unidos de América oriental y zonas del sudeste asiático, el agua de lluvia tendrá un pH ácido. En general, es una buena práctica amortiguar el agua de lluvia y aumentar el KH, como se indica en la sección 3.5.2. Además, la recolección de agua de lluvia reducirá los costos generales de funcionamiento de la unidad, y es más sostenible.

   Cisterna o agua del acuífero

   La calidad del agua tomada de pozos o cisternas dependerá en gran medida del material de la cisterna y el lecho de roca del acuífero. Si el lecho de roca es de piedra caliza, entonces el agua probablemente tendrá concentraciones bastante altas de dureza, lo que puede tener un impacto en el pH del agua. La dureza del agua no es un problema importante en acuapónica, porque la alcalinidad es consumida naturalmente por el ácido nítrico producido por las bacterias nitrificantes. Sin embargo, si los niveles de dureza son muy altos y la nitrificación es mínima debido a la biomasa de peces pequeños, entonces el agua puede permanecer ligeramente básica (pH 7-8) y resistir la tendencia natural de los sistemas acuapónicos a volverse ácidos a través del ciclo de nitrificación y la respiración de los peces. En este caso, puede ser necesario utilizar cantidades muy pequeñas de ácido para reducir la alcalinidad antes de añadir el agua al sistema a fin de evitar oscilaciones de pH dentro del sistema. Los acuíferos de las islas de coral a menudo tienen una intrusión de agua salada en la lente de agua dulce, y pueden tener niveles de salinidad demasiado altos para la acuapónica, por lo que es necesario monitorear y la recolección de agua de lluvia o filtración de ósmosis inversa pueden ser mejores opciones.

   Grifo o agua municipal

   El agua de los suministros municipales a menudo se trata con diferentes productos químicos para eliminar los patógenos. Los productos químicos más comunes utilizados para el tratamiento del agua son el cloro y las cloraminas. Estos productos químicos son tóxicos para los peces, las plantas y las bacterias; estos productos químicos se utilizan para matar bacterias en el agua y, como tales, son perjudiciales para la salud del ecosistema acuapónico general. Hay disponibles kits de prueba de cloro; y si se detectan altos niveles de cloro, el agua debe ser tratada antes de ser utilizada. El método más simple es almacenar el agua antes de su uso, permitiendo así que todo el cloro se disipe en la atmósfera. Esto puede tardar más de 48 horas, pero puede ocurrir más rápido si el agua está muy aireada con piedras de aire. Las cloraminas son más estables y no descargan gas tan fácilmente. Si el municipio utiliza cloraminas, puede ser necesario utilizar técnicas de tratamiento químico como la filtración de carbón vegetal u otros productos químicos desclorantes. Aun así, el desgasamiento suele ser suficiente en unidades de pequeña escala que utilizan agua municipal. Una buena pauta es nunca reemplazar más del 10 por ciento del agua sin probar y eliminar primero el cloro. Por otra parte, la calidad del agua dependerá del lecho de roca si se obtiene el agua inicial. Compruebe siempre los niveles de dureza y pH de las nuevas fuentes de agua, y utilice ácido si es apropiado y necesario para mantener el pH dentro de los niveles óptimos indicados anteriormente.

   Agua filtrada

   Dependiendo del tipo de filtración (es decir, ósmosis inversa o filtrado de carbono), el agua filtrada tendrá la mayoría de los metales e iones eliminados, haciendo que el agua sea muy segura de usar y relativamente fácil de manipular. Sin embargo, al igual que el agua de lluvia, el agua desionizada de ósmosis inversa tendrá bajos niveles de dureza y debe ser tamponada.

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *

4. Los cinco parámetros más importantes de calidad del agua

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Oxígeno

   El oxígeno es esencial para los tres organismos involucrados en la acuapónica; las plantas, los peces y las bacterias nitrificantes necesitan oxígeno para vivir. El nivel de DO describe la cantidad de oxígeno molecular dentro del agua y se mide en miligramos por litro. Es el parámetro de calidad del agua el que tiene el efecto más inmediato y drástico sobre la acuapónica. De hecho, los peces pueden morir en cuestión de horas cuando se exponen a un bajo DO dentro de los tanques de peces. Por lo tanto, garantizar niveles adecuados de DO es crucial para la acuapónica. Aunque el monitoreo de los niveles de DO es muy importante, puede ser un reto porque los dispositivos de medición de DO precisos pueden ser muy costosos o difíciles de encontrar. A menudo es suficiente que las unidades de pequeña escala dependan en cambio de un seguimiento frecuente del comportamiento de los peces y del crecimiento de las plantas, y garanticen que las bombas de agua y aire circulen constantemente y aireen el agua.

   El oxígeno se disuelve directamente en la superficie del agua de la atmósfera. En condiciones naturales, los peces pueden sobrevivir en tales aguas, pero en sistemas de producción intensiva con mayores densidades de peces, esta cantidad de difusión de DO es insuficiente para satisfacer las demandas de peces, plantas y bacterias. Por lo tanto, la DO debe complementarse mediante estrategias de gestión. Las dos estrategias para la acuapónica en pequeña escala son el uso de bombas de agua para crear un flujo dinámico de agua, y el uso de aireadores que producen burbujas de aire en el agua. El movimiento del agua y la aireación son aspectos críticos de cada unidad acuapónica, y su importancia no puede ser exagerada. Estos temas, incluidos los métodos de diseño y redundancia, se examinan más a fondo en el capítulo 4. Los niveles óptimos de DO para que cada organismo prospere son 5-8 mg/l (Figura 3.3). Algunas especies de peces, incluyendo la carpa y la tilapia, pueden tolerar niveles de DO tan bajos como 2-3 mg/l, pero es mucho más seguro tener los niveles más altos para la acuapónica, ya que los tres organismos exigen el uso de la DO en el agua.

   

   La temperatura del agua y la DO tienen una relación única que puede afectar la producción de alimentos acuapónicos. A medida que aumenta la temperatura del agua, la solubilidad del oxígeno disminuye. Dicho de otra manera, la capacidad del agua para contener DO disminuye a medida que aumenta la temperatura; el agua tibia se mantiene

   menos oxígeno que el agua fría (Figura 3.4). Como tal, se recomienda aumentar la aireación con bombas de aire en lugares cálidos o durante las épocas más calurosas del año, especialmente si se crían peces delicados.

   

   pH

   

   Un conocimiento general del pH es útil para la gestión de sistemas acuapónicos. El pH de una solución es una medida de cuán ácida o básica es la solución en una escala que oscila entre 1 y 14. Un pH de 7 es neutro; cualquier cosa por debajo de 7 es ácido, mientras que cualquier cosa por encima de 7 es básico. El término pH se define como la cantidad de iones de hidrógeno (H+) en una solución; cuantos más iones de hidrógeno, más ácidos.

   En la Figura 3.5 se ilustran dos aspectos importantes de la escala de pH.

   • La escala de pH es negativa; un pH de 7 tiene menos iones de hidrógeno que un pH de 6.

   • La escala de pH es logarítmica; un pH de 7 tiene 10 veces menos iones de hidrógeno que un pH de 6, 100 veces menos que un pH de 5 y 1 000 veces menos que un pH de 4.

   Por ejemplo, si el pH de una unidad acuapónica se registra como 7, y más tarde el valor se registra como 8, el agua ahora tiene diez veces menos iones H+ asociados libremente porque la escala es negativa y logarítmica. Es importante ser consciente de la naturaleza logarítmica de la escala de pH porque no es necesariamente intuitiva. Para el ejemplo anterior, si una lectura posterior mostrara que el pH era 9, el problema sería 100 veces peor, y por lo tanto hipercrítico, en lugar de ser sólo dos veces peor.

   Importancia del pH

   El pH del agua tiene un impacto importante en todos los aspectos de la acuapónica, especialmente en las plantas y bacterias. En el caso de las plantas, el pH controla el acceso de las plantas a micro- y macronutrientes. A un pH de 6.0-6.5, todos los nutrientes están fácilmente disponibles, pero fuera de este rango los nutrientes se vuelven difíciles de acceder a las plantas. De hecho, un pH de 7,5 puede conducir a deficiencias de nutrientes de hierro, fósforo y manganeso. Este fenómeno se conoce como bloqueo de nutrientes y se discute en el capítulo 6.

   Las bacterias nitrificantes experimentan dificultades por debajo de un pH de 6, y la capacidad de la bacteria para convertir amoníaco en nitrato se reduce en condiciones de pH ácido y bajo. Esto puede conducir a una reducción de la biofiltración, y como resultado las bacterias disminuyen la conversión de amoníaco en nitrato, y los niveles de amoníaco pueden comenzar a aumentar, lo que lleva a un sistema desequilibrado estresante para los otros organismos.

   Los peces también tienen rangos de tolerancia específicos para el pH, pero la mayoría de los peces utilizados en acuapónica tienen un rango de tolerancia de pH de 6.0-8.5. Sin embargo, el pH afecta la toxicidad del amoníaco para los peces, con un pH más alto que conduce a una mayor toxicidad. Este concepto se examina más a fondo en la sección 3.4. En conclusión, el agua acuapónica ideal es ligeramente ácida, con un rango de pH óptimo de 6-7. Este rango mantendrá a las bacterias funcionando a una alta capacidad, permitiendo a las plantas el acceso total a todos los micro- y macronutrientes esenciales. Los valores de pH entre 5,5 y 7,5 requieren atención y manipulación del manejo a través de medios lentos y medidos, discutidos en la Sección 3.5 y en el Capítulo 6. Sin embargo, un pH inferior a 5 o superior a 8 puede convertirse rápidamente en un problema crítico para todo el ecosistema y, por lo tanto, se requiere atención inmediata.

   Hay muchos procesos biológicos y químicos que tienen lugar en un sistema acuapónico que afectan el pH del agua, algunos de manera más significativa que otros, incluyendo: el proceso de nitrificación, la densidad de la población de peces y el fitoplancton.

   El proceso de nitrificación

   El proceso de nitrificación de bacterias disminuye naturalmente el pH de un sistema acuapónico. Las concentraciones débiles de ácido nítrico se producen a partir del proceso de nitrificación a medida que las bacterias liberan iones de hidrógeno durante la conversión del amoníaco a nitrato. Con el tiempo, el sistema aquapónico gradualmente se volverá más ácido principalmente como resultado de esta actividad bacteriana.

   Densidad de calce de peces

   La respiración, o respiración, de los peces libera dióxido de carbono (CO2) en el agua. Este dióxido de carbono reduce el pH porque el dióxido de carbono se convierte naturalmente en ácido carbónico (H2CO3) al entrar en contacto con el agua. Cuanto mayor sea la densidad de población de peces de la unidad, más dióxido de carbono se liberará, lo que reducirá el nivel de pH general. Este efecto aumenta cuando los peces están más activos, como a temperaturas más cálidas.

   Fitoplancton

   La respiración de los peces reduce el pH liberando dióxido de carbono en el agua; por el contrario, la fotosíntesis de plancton, algas y plantas acuáticas elimina el dióxido de carbono del agua y eleva el pH. El efecto de las algas sobre el pH sigue un patrón diario, donde el pH aumenta durante el día a medida que las plantas acuáticas fotosintetizan y eliminan el ácido carbónico, y luego cae durante la noche a medida que las plantas respiren y liberan ácido carbónico. Por lo tanto, el pH es mínimo al amanecer y máximo al atardecer. En los sistemas RAS estándar o aquapónicos, los niveles de fitoplancton son generalmente bajos y, por lo tanto, el ciclo de pH diario no se ve afectado. Sin embargo, algunas técnicas acuícolas, como la acuicultura en estanques y algunas técnicas de cría de peces, utilizan deliberadamente el fitoplancton, por lo que el momento de la monitorización debe elegirse sabiamente.

   Temperatura

   La temperatura del agua afecta a todos los aspectos de los sistemas acuapónicos. En general, un rango de compromiso general es de 18-30 °C. La temperatura tiene un efecto sobre la DO, así como sobre la toxicidad (ionización) del amoníaco; las altas temperaturas tienen menos DO y más amoníaco (tóxico) unionizado. Además, las altas temperaturas pueden restringir la absorción de calcio en las plantas. La combinación de peces y plantas debe elegirse para que coincida con la temperatura ambiente para la ubicación de los sistemas, y cambiar la temperatura del agua puede ser muy intensivo y costoso. Los peces de agua caliente (por ejemplo, tilapia, carpa común, bagre) y las bacterias nitrificantes prosperan a temperaturas más altas del agua de 22-29 °C, al igual que algunas verduras populares como el okra, las coles asiáticas y la albahaca. Por el contrario, algunas verduras comunes como la lechuga, la acelga suiza y los pepinos crecen mejor en temperaturas más frías de 18-26 °C, y los peces de agua fría como la trucha no toleran temperaturas superiores a 18 °C. Para obtener más información sobre los rangos de temperatura óptimos para plantas y peces individuales, véanse los capítulos 6 y 7 sobre la producción de plantas y pescado, respectivamente, y el apéndice 1 para información clave sobre el cultivo de 12 hortalizas populares.

   Aunque es mejor elegir plantas y peces ya adaptados al clima local, existen técnicas de manejo que pueden minimizar las fluctuaciones de temperatura y extender la temporada de cultivo. Los sistemas también son más productivos si las fluctuaciones diarias, de día a noche, de temperatura son mínimas. Por lo tanto, la superficie del agua en sí misma, en todos los tanques de peces, unidades hidropónicas y biofiltros, debe protegerse del sol utilizando estructuras de sombra. Del mismo modo, la unidad puede protegerse térmicamente utilizando aislamiento contra temperaturas nocturnas frías dondequiera que ocurran. Alternativamente, existen métodos para calentar pasivamente las unidades acuapónicas utilizando invernaderos o energía solar con tuberías agrícolas enrolladas, que son más útiles cuando las temperaturas son inferiores a 15 °C; estos métodos se describen con más detalle en los capítulos 4 y 9.

   También es posible adoptar una estrategia de producción pesquera para atender las diferencias de temperatura entre invierno y verano, especialmente si la temporada invernal tiene temperaturas medias inferiores a 15 °C durante más de tres meses. Por lo general, esto significa que durante el invierno se cultivan peces y plantas adaptados al frío, y el sistema se cambia a peces y plantas de agua caliente a medida que las temperaturas suben de nuevo en primavera. Si estos métodos no son factibles durante las estaciones frías de invierno, también es posible simplemente cosechar los peces y las plantas al comienzo del invierno y apagar los sistemas hasta la primavera. Durante las temporadas de verano con temperaturas extremadamente cálidas (más de 35 °C), es esencial seleccionar los peces y plantas adecuados para crecer (ver Capítulos 6 y 7) y sombrear todos los recipientes y el espacio de cultivo de la planta.

   Nitrógeno total: amoníaco, nitrito, nitrato

   El nitrógeno es el cuarto parámetro crucial para la calidad del agua. Es requerido por toda la vida, y parte de todas las proteínas. El nitrógeno ingresa originalmente en un sistema acuapónico a partir de los piensos para peces, generalmente etiquetados como proteína cruda y medido como porcentaje. Parte de esta proteína es utilizada por los peces para el crecimiento, y el resto es liberado por los peces como desperdicio. Este residuo es principalmente en forma de amoníaco (NH3) y se libera a través de las branquias y como orina. También se liberan desechos sólidos, algunos de los cuales se convierten en amoníaco por actividad microbiana. Este amoníaco es entonces nitrificado por bacterias, discutido en la sección 2.1, y convertido en nitrito (NO2-) y nitrato (NO3-). Los desechos nitrogenados son venenosos para los peces en determinadas concentraciones, aunque el amoníaco y el nitrito son aproximadamente 100 veces más venenosos que el nitrato. Aunque son tóxicos para los peces, los compuestos de nitrógeno son nutritivos para las plantas, y de hecho son el componente básico de los fertilizantes vegetales. Las tres formas de nitrógeno (NH3, NO2- y NO3- ) pueden ser utilizadas por las plantas, pero el nitrato es, con mucho, el más accesible. En una unidad aquapónica en pleno funcionamiento con biofiltración adecuada, los niveles de amoníaco y nitrito deben ser cercanos a cero, o como máximo 0,25-1,0 mg/litro. Las bacterias presentes en el biofiltro deben convertir casi todo el amoníaco y el nitrito en nitrato antes de que se produzca cualquier acumulación.

   Impactos del alto amoníaco

   El amoníaco es tóxico para los peces. La tilapia y la carpa pueden mostrar síntomas de intoxicación por amoníaco a niveles tan bajos como 1,0 mg/litro. La exposición prolongada a este nivel o por encima de él causará daños en el sistema nervioso central y las branquias de los peces, resultando en pérdida de equilibrio, alteración de la respiración y convulsiones. El daño a las branquias, a menudo evidenciado por la coloración roja y la inflamación de las branquias, restringirá el correcto funcionamiento de otros procesos fisiológicos, conduciendo a un sistema inmunológico suprimido y a la muerte eventual. Otros síntomas incluyen rayas rojas en el cuerpo, letargo y jadeo en la superficie en busca de aire. En niveles más altos de amoníaco, los efectos son inmediatos y numerosas muertes pueden ocurrir rápidamente. Sin embargo, los niveles más bajos a lo largo de un período prolongado pueden dar lugar a estrés de los peces, aumento de la incidencia de enfermedades y mayor pérdida de peces.

   Como se mencionó anteriormente, la toxicidad del amoníaco depende en realidad tanto del pH como de la temperatura, donde el pH más alto y la temperatura del agua hacen que el amoníaco sea más tóxico. Químicamente, el amoníaco puede existir en dos formas en agua, ionizado y sindicalizado. Juntas, estas dos formas juntas se denominan nitrógeno amoníaco total (TAN), y los kits de prueba de agua no pueden distinguir entre las dos. En condiciones ácidas, el amoníaco se une con el exceso de iones de hidrógeno (bajo pH significa una alta concentración deH+) y se vuelve menos tóxico. Esta forma ionizada se llama amonio. Sin embargo, en condiciones básicas (pH alto, por encima de 7), no hay suficientes iones de hidrógeno y el amoníaco permanece en su estado más tóxico, e incluso niveles bajos de amoníaco pueden ser altamente estresantes para los peces. Este problema se agrava en condiciones de agua tibia.

   La actividad de las bacterias nitrificantes disminuye drásticamente a niveles altos de amoníaco. El amoníaco se puede utilizar como agente antibacteriano, y a niveles superiores a 4 mg/l inhibirá y reducirá drásticamente la eficacia de las bacterias nitrificantes. Esto puede resultar en una situación de deterioro exponencial cuando un biofiltro de tamaño inferior se ve abrumado por el amoníaco, las bacterias mueren y el amoníaco aumenta aún más.

   Impactos de alto nitrito

   El nitrito es tóxico para los peces. Al igual que el amoníaco, pueden surgir problemas de salud de los peces con concentraciones tan bajas como 0,25 mg/litro. Los altos niveles de NO2pueden conducir inmediatamente a muertes rápidas de peces. Una vez más, incluso los niveles bajos durante un período prolongado pueden provocar un aumento del estrés, la enfermedad y la muerte de los peces.

   Niveles tóxicos de NO2: impiden el transporte de oxígeno dentro del torrente sanguíneo de los peces, lo que hace que la sangre se vuelva de color marrón chocolate y a veces se conoce como «enfermedad de la sangre marrón». Este efecto también se puede ver en las branquias de peces. Los peces afectados presentan síntomas similares a los de envenenamiento por amoníaco, particularmente cuando los peces parecen estar privados de oxígeno y se ven jadeando en la superficie incluso en agua con una alta concentración de DO. La sanidad de los peces se trata con más detalle en el capítulo 7.

   Impactos de altos nitratos

   El nitrato es mucho menos tóxico que las otras formas de nitrógeno. Es la forma más accesible de nitrógeno para las plantas, y la producción de nitrato es el objetivo del biofiltro. Los peces pueden tolerar niveles de hasta 300 mg/l, mientras que algunos peces toleran niveles de hasta 400 mg/l. Los niveles elevados (\ > 250 mg/l) tendrán un impacto negativo en las plantas, lo que provocará un crecimiento vegetativo excesivo y una acumulación peligrosa de nitratos en las hojas, lo que es peligroso para la salud humana. Se recomienda mantener los niveles de nitrato en 5-150 mg/l e intercambiar agua cuando los niveles sean más altos.

   Dureza del agua

   El parámetro final de calidad del agua es la dureza del agua. Hay dos tipos principales de dureza: dureza general (GH) y dureza de carbonato (KH). La dureza general es una medida de iones positivos en el agua. La dureza del carbonato, también conocida como alcalinidad, es una medida de la capacidad de amortiguación del agua. El primer tipo de dureza no tiene un impacto importante en el proceso aquapónico, pero KH tiene una relación única con el pH que merece una explicación más detallada.

   Dureza general

   La dureza general es esencialmente la cantidad de iones de calcio (Ca2+), magnesio (Mg2+) y, en menor medida, hierro (Fe+) presentes en el agua. Se mide en partes por millón (equivalentes a miligramos por litro). Las altas concentraciones de GH se encuentran en fuentes de agua tales como acuíferos a base de caliza y/o lechos de ríos, ya que la piedra caliza se compone esencialmente de carbonato de calcio (CaCo3). Tanto los iones Ca2+ como Mg2+ son nutrientes esenciales de las plantas, y son absorbidos por las plantas a medida que el agua fluye a través de los componentes hidropónicos. El agua de lluvia tiene baja dureza del agua porque estos iones no se encuentran en la atmósfera. El agua dura puede ser una fuente útil de micronutrientes para la acuapónica y no tiene efectos sobre la salud de los organismos. De hecho, la presencia de calcio en el agua puede evitar que los peces pierdan otras sales y conducir a un stock más saludable.

   Dureza de carbonato o alcalinidad

   La dureza del carbonato es la cantidad total de carbonatos (CO32-) y bicarbonatos (HCO3-) disueltos en agua. También se mide en miligramos de CaCo3 por litro.

   En general, se considera que el agua tiene un alto KH a niveles de 121-180 mg/litro. El agua procedente de pozos o acuíferos de piedra caliza tendrá normalmente una alta dureza de carbonato de aproximadamente 150-180 mg/l.

   La dureza del carbonato en el agua tiene un impacto en el nivel de pH. En pocas palabras, KH actúa como un tampón (o una resistencia) a la disminución del pH. El carbonato y el bicarbonato presentes en el agua se unirán a los iones H+ liberados por cualquier ácido, eliminando así estos iones libresH+ del agua. Por lo tanto, el pH permanecerá constante incluso cuando se añadan nuevos iones H+ del ácido al agua. Esta amortiguación de KH es importante, porque los rápidos cambios en el pH son estresantes para todo el ecosistema aquapónico. El proceso de nitrificación genera ácido nítrico (HNO3), tal como se describe en la sección 3.2.2, que se disocia en agua en sus dos componentes, los iones de hidrógeno (H+) y el nitrato (NO3-), siendo este último utilizado como fuente de nutrientes para las plantas. Sin embargo, con KH adecuado el agua no se vuelve más ácida. Si no hubiera carbonatos ni bicarbonatos presentes en el agua, el pH caería rápidamente en la unidad acuapónica. Cuanto mayor sea la concentración de KH en el agua, más tiempo actuará como amortiguador del pH para mantener el sistema estable frente a la acidificación causada por el proceso de nitrificación.

   La siguiente sección describe este proceso con más detalle. Es un proceso bastante complicado, pero es importante entender para los practicantes de acuapónica (u otros cultivos sin suelo) donde el agua disponible es naturalmente muy dura (lo que suele ser el caso en regiones con piedra caliza o base de tiza), ya que la manipulación del pH se convertirá en una parte vital del manejo de la unidad. La sección 3.5 contiene técnicas específicas de manipulación del pH. El resumen que sigue a la descripción extendida enumerará lo que es esencial para que todos los profesionales sepan con respecto a la dureza.

   Como se mencionó anteriormente, la nitrificación constante en una unidad acuapónica produce ácido nítrico y aumenta el número de ionesH+ , lo que reduciría el pH en el agua. Si no hay carbonatos o bicarbonatos presentes para amortiguar los ionesH+ en el agua, el pH caerá rápidamente a medida que se añadan más ionesH+ al agua. Los carbonatos y los bicarbonatos, como se muestra en la Figura 3.6, unen los iones de hidrógeno (H+) liberados del ácido nítrico y mantienen un pH constante equilibrando el excedente de H+con la producción de ácido carbónico, que es un ácido muy débil. Los iones H+ permanecen unidos al compuesto y no están libres en el agua. La figura 3.7 muestra con más detalle el proceso de unión que ocurre con el ácido nítrico.

   

   

   Es esencial para la acuapónica que una cierta concentración de KH esté presente en todo momento en el agua, ya que puede neutralizar los ácidos creados de forma natural y mantener el pH constante. Sin KH adecuado, la unidad podría ser sometida a rápidos cambios de pH que tendrían impactos negativos en todo el sistema, especialmente en los peces. Sin embargo, KH está presente en muchas fuentes de agua. La reposición de la unidad con agua de estas fuentes también repondrá los niveles de KH. Sin embargo, el agua de lluvia es baja en KH, y en los sistemas de secano es útil agregar fuentes externas de carbonato, como se explica a continuación.

   Resumen de los puntos esenciales sobre la dureza

   La dureza general (GH) es la medición de iones positivos, especialmente calcio y magnesio.

   La dureza del carbonato (KH) mide la concentración de carbonatos y bicarbonatos que amortiguan el pH (crean resistencia al cambio de pH). La dureza se puede clasificar a lo largo de la escala de dureza del agua como se muestra a continuación:

   El nivel óptimo de ambos tipos de dureza para acuapónica es de aproximadamente 60-140 mg/litro. No es vital verificar los niveles de la unidad, pero es importante que el agua que se utiliza para reponer la unidad tenga concentraciones adecuadas de KH para continuar neutralizando el ácido nítrico producido durante el proceso de nitrificación y amortiguar el pH en su nivel óptimo (6-7).

   | Clasificación de dureza del agua | mg/litro | | — | — | | suave | 0-60 mg/litro | | moderadamente duro | 60-120 mg/litro | | duro | 120-180 mg/litro | | muy duro |\ > 180 mg/litro |

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *

5. Pruebas de agua

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Con el fin de mantener una buena calidad del agua en unidades acuapónicas, se recomienda realizar pruebas de agua una vez por semana para asegurarse de que todos los parámetros están dentro de los niveles óptimos. Sin embargo, las unidades acuapónicas maduras y sazonadas tendrán una química consistente del agua y no necesitan ser probadas con tanta frecuencia. En estos casos, sólo es necesario realizar pruebas de agua si se sospecha un problema. Además, el monitoreo diario de la salud de los peces y las plantas que crecen en la unidad indicará si algo está mal, aunque este método no es una sustitución para las pruebas de agua.

   

   Se recomienda encarecidamente el acceso a pruebas simples de agua para cada unidad acuapónica. Los kits de prueba de agua dulce codificados por colores están disponibles y son fáciles de usar (Figura 3.13). Estos kits incluyen pruebas de pH, amoníaco, nitrito, nitrato, GH y KH. Cada ensayo consiste en añadir 5-10 gotas de un reactivo en 5 mililitros de agua acuapónica; cada prueba no tarda más de cinco minutos en completarse. Otros métodos incluyen medidores digitales de pH o nitratos (relativamente caros y muy precisos) o tiras de prueba de agua (más baratas y moderadamente precisas, Figura 3.14).

   

   Las pruebas más importantes a realizar semanalmente son el pH, el nitrato, la dureza del carbonato y la temperatura del agua, ya que estos resultados indicarán si el sistema está en equilibrio. Los resultados deben registrarse cada semana en un cuaderno de registro específico para que las tendencias y los cambios puedan ser monitoreados a lo largo de las estaciones de crecimiento. Las pruebas de amoníaco y nitrito también son extremadamente útiles para diagnosticar problemas en la unidad, especialmente en unidades nuevas o si un aumento de la mortalidad de los peces plantea problemas de toxicidad en un sistema en curso. Aunque no son esenciales para el monitoreo semanal en unidades establecidas, pueden proporcionar indicadores muy sólidos de lo bien que las bacterias están convirtiendo los residuos de peces y la salud del biofiltro. Las pruebas de amoníaco y nitrato son la primera acción si se observa algún problema con los peces o las plantas.

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *

6. Trabajar dentro del rango de tolerancia para cada organismo

   Original publication 2014 · Publicado por primera vez en FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

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

   Como se discute en el capítulo 2, la acuapónica consiste principalmente en equilibrar un ecosistema de tres grupos de organismos: peces, plantas y bacterias (Figura 3.2). Cada organismo en una unidad acuapónica tiene un rango de tolerancia específico para cada parámetro de calidad del agua (Tabla 3.1). Los rangos de tolerancia son relativamente similares para los tres organismos, pero es necesario comprometerse y, por lo tanto, algunos organismos no funcionarán a su nivel óptimo.

   TABLA DE ##### 3.1 Tolerancias generales de calidad del agua para peces (agua caliente o fría), plantas hidropónicas y bacterias nitrificantes

   La tabla 3.2 ilustra el compromiso ideal para la acuapónica que se necesita para los parámetros clave de calidad del agua. Los dos parámetros más importantes para equilibrar son el pH y la temperatura. Se recomienda mantener el pH a un nivel comprometido de 6-7, o ligeramente ácido.

   TABLA DE ##### 3.2

   Parámetros ideales para la acuapónica como compromiso entre los tres organismos

   El rango de temperatura general es de 18-30 °C, y debe ser manejado con respecto a las especies de peces o plantas diana cultivadas; las bacterias prosperan a lo largo de este rango. Es importante elegir los pares apropiados de especies de peces y plantas que se ajusten bien a las condiciones ambientales. En el capítulo 7 y en el apéndice 1 se describen las temperaturas óptimas de crecimiento de los peces y plantas comunes.

   El objetivo general es mantener un ecosistema saludable con parámetros de calidad del agua que satisfagan los requisitos para el cultivo simultáneo de peces, verduras y bacterias. Hay ocasiones en las que la calidad del agua tendrá que ser manipulada activamente para cumplir estos criterios y mantener el sistema funcionando correctamente.

   *Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *