Acuaponía
# Acuaponía

Se denomina acuaponía al sistema de cultivo de plantas y peces que combina la acuicultura tradicional, que es la cría de animales acuáticos como peces, cangrejos de río y camarones, con la hidroponía, que se refiere al cultivo de plantas en el agua.

Este sistema se realiza en un ambiente simbiótico, donde el agua de la acuicultura, que aquí funciona como un subsistema, alimenta al sistema hidropónico, en el que los desechos son descompuestos en nitritos y, posteriormente, en nitratos por bacterias nitrificantes. Estos nitratos son utilizados luego por las plantas como nutrientes, por lo que es posible que el agua retorne al subsistema de acuicultura.

La producción en cultivos acuapónicos puede reducir la lixiviación, la escorrentía y las descargas de agua residuales al medio ambiente, a través de la reutilización de dichos efluentes cargados de minerales. Estos diseños reducen las inquietudes acerca de la descarga de desperdicios en las zonas costeras, que podrían contribuir a la proliferación de algas nocivas.

Tres organismos están involucrados en el rendimiento óptimo de los sistemas acuapónicos: plantas, peces y bacterias nitrificadoras. Las plantas y los peces son cultivos comerciales, mientras que las bacterias nitrificantes juegan un papel importante en la biofiltración, proceso mediante el cual las bacterias toman los desechos tóxicos de amoníaco de los peces y los convierten en nitrato nitrogenado, uno de los nutrientes minerales más importantes requeridos por las plantas que a la vez van limpiando el agua.

## Concepto

Los sistemas acuapónicos generalmente recirculan y reutilizan el agua en forma eficaz, porque el sistema se basa en la relación entre los animales y las plantas para mantener un medio ambiente acuático estable. En general el agua no se desecha, pero se puede agregar agua para compensar su pérdida por la absorción y transpiración de las plantas, la evaporación superficial, el desbordamiento del sistema a causa de la lluvia y la remoción de biomasa como es el desecho sólido del sistema. Por ello, la acuaponía utiliza aproximadamente solo el 2% del agua que requiere una granja convencional para irrigar la misma producción de vegetales. Esto permite que se pueda obtener plantas y pescado en áreas donde el agua o tierra fértil son escasas.

El agua con nutrientes que se derrame puede ser acumulada en tanques receptores y reutilizada para acelerar el crecimiento de la hortaliza plantada, o puede ser bombeada de regreso al sistema acuapónico para mantener el nivel de agua.

Los tres elementos principales que deben aportarse al sistema son: agua, alimentación para los animales acuáticos, y electricidad para bombear el agua entre los subsistemas de acuicultura y de hidroponía. Se puede añadir freza para reemplazar los peces ya crecidos que van a ser sacados del sistema para mantenerlo estable.

## Implementación

La acuaponía consta de dos subsistemas principales: la acuicultura, que gestiona la crianza de animales acuáticos, y la hidroponía, que lleva a cabo el cultivo de plantas.

Los residuos acuáticos, resultado de alimentos no consumidos o desechos de la crianza de animales se acumulan en el agua, hacen que el agua sea rica en desechos y tóxica para los animales acuáticos, pero puede tener nutrientes que serán aprovechados por vegetales.

Además de los dos subsistemas principales los sistemas de acuaponía también incluyen subsistemas para eliminar los residuos sólidos, incorporar bases para neutralizar los ácidos y mantener la oxigenación del agua, los componentes típicos incluyen:

* Tanque de crianza: el tanque donde crecen y se alimentan los peces;
* Bandejas de sedimentación: unidad que recoge los alimentos no consumidos, las biofilminas desprendidas, y las partículas finas sedimentadas;
* Biofiltro: un lugar donde las bacterias de nitrificación pueden crecer y convertir amoniaco en nitratos, que son usados por las plantas;
* Subsistemas hidropónicos: la parte del sistema donde las plantas crecen absorbiendo el exceso de nutrientes del agua;
* Sumidero: el punto más bajo del sistema donde el agua fluye y es bombeado de regreso a los tanques de crianza.

Los sistemas acuapónicos comúnmente contienen agua dulce, pero también son factibles sistemas de agua salada, dependiendo del tipo de animal acuático y del tipo de plantas involucradas.

### Subsistema hidropónico

Las plantas son cultivadas en sistemas hidropónicos con sus raíces inmersas en el agua repleta de nutrientes, esto les permite filtrar el amoniaco. Después que el agua ha pasado por el subsistema hidropónico, se limpia, oxigena y puede regresar a los vasos acuicultores en un ciclo continuo. Las aplicaciones acuapónicas comunes de sistemas hidropónicos incluyen:

* Balsa acuapónica de aguas más profundas: balsas de poliestireno extruido que flotan en agua para acuicultura relativamente profunda.
* Acuaponía recirculante: material sólido como lo es la grava o pedacitos de barro contenidos en un recipiente que es inundado con agua de la acuicultura. También se le conoce como "acuaponía de circuito cerrado".
* Acuaponía recíproca: la materia sólida en un contenedor que es alternadamente inundado y vaciado utilizando diferentes tipos de sifones de desagüe. Se le llama también "acuaponía de inundación y drenaje" o "acuaponía de flujo y reflujo".
* Otros sistemas usan torres que alimentan en una forma vertical, de arriba a abajo, canales de película nutriente, tubería plástica (PVC) horizontal con hoyos para las macetas, barriles plásticos cortados a la mitad con gravas o con balsas.

La mayoría de los vegetales de hoja verde crecen bien en subsistemas hidropónicos, aunque variedades de col china, lechuga, jitomates, ocra, melón y pimiento reditúan más. Otras especies de vegetales que crecen bien en un sistema de acuaponía incluyen: frijoles, chícharos, rábano, fresas, cebollas y demás hierbas.

### Subsistema de acuicultura

Los animales comúnmente criados utilizando acuaponía son peces de agua dulce, aunque también pueden criarse cangrejos de río y langostinos. La tilapia es el pez más popular usado para consumo alimenticio, aunque también se usan el barramundi, perca plateada Bidyanus bidyanus, Tandanus tandanus o el pez gato tandanus (siluriformes), perca jade y Maccullochella peelii peelii (Murray cod). En climas templados, cuando no es preciso mantener la temperatura del agua, el Lepomis macrochirus (bluegill) y el pez gato son buenas opciones para un sistema casero.

El Koi y el carpín (o pez dorado) también pueden ser usados si los peces no son para consumo humano.

### Proceso de nitrificación

La nitrificación es la conversión aeróbica de amoníaco a nitratos, y es una de las funciones más importantes en un sistema de acuaponía, ya que reduce la toxicidad del agua para los peces, y permite que los compuestos de nitrato resultantes sean eliminados por las plantas para su nutrición. El amoniaco es desprendido constantemente por excreción y branquias del pez por su metabolismo y al estar en un sistema cerrado, es preciso filtrar el amoniaco ya que concentraciones superiores a 0.5 a 1 ppm son mortales para los peces.

Aunque las plantas, en parte pueden absorber amoniaco directamente del agua, los nitratos producidos en este proceso son más fácilmente asimilados, reduciendo así la toxicidad del agua para los peces. El amoniaco a su vez puede ser convertido en otros componentes nitrogenados a través de poblaciones de:

* Nitrosomonas: bacteria que convierte amoniaco en nitritos, y
* Nitrobacteria: bacteria que convierte nitritos en nitratos.

En un sistema de acuaponía, la bacteria responsable de este proceso forma una biopelícula en todas las superficies sólidas en contacto con el agua, como las raíces sumergidas de los vegetales, estas tienen una gran superficie sobre la que se asientan las bacterias. La velocidad con la que la nitrificación se lleva a cabo es determinada por la superficie de las raíces, en conjunto con la salinidad del amoníaco y los nitratos del agua.

Es preciso cuidar las poblaciones bacterianas para ayudar a regular la asimilación completa de amoniaco y nitrato. Es por esto que la mayoría de los sistemas de acuaponía incluye una unidad de biofiltración, que ayuda a facilitar el crecimiento de estos microorganismos.

Una buena forma de tratar la acumulación de sólidos en la acuaponía es el empleo de lombrices, pues licuan la materia orgánica sólida para que pueda ser utilizada por las plantas y/o animales.

### Acuaponía: sistema de producción integrado

La acuaponía, se ha vuelto cada vez más popular. Son sistemas de recirculación acuícola que incorporan la producción de plantas sin necesidad de tierra. Los sistemas de recirculación acuícola están diseñados para producir grandes cantidades de animales acuáticos en relativamente pequeños volúmenes de agua, la que es tratada con el fin de eliminar los tóxicos producto de desechos para luego ser reutilizada.

En el proceso de reutilización del agua, muchas veces se acumulan nutrientes no tóxicos y materia orgánica. Estos subproductos metabólicos no tienen por qué ser desechados si se canalizan hacia cultivos secundarios que tienen valor económico o que de alguna manera benefician el sistema primario de producción de peces. Los sistemas que cosechan otros cultivos a partir del uso de subproductos provenientes de los cultivos primarios se denominan sistemas integrados. Si los cultivos secundarios son plantas acuáticas o terrestres cultivadas en combinación con animales acuáticos, este sistema integrado se conoce como sistema hidropónico.

Las plantas crecen rápidamente a partir de los nutrientes disueltos, excretados directamente por los peces o que se generan a partir de la descomposición microbiana de los desechos de la fauna acuática. En los sistemas de recirculación cerrados con muy poco cambio diario de agua (menos de 2 por ciento), se acumulan nutrientes disueltos en concentraciones similares a las de las soluciones de nutrientes hidropónicos. El nitrógeno disuelto, en particular, puede darse a niveles muy altos en sistemas de recirculación. Los peces excretan nitrógeno residual, en forma de amoniaco, directamente en el agua a través de sus branquias. Las bacterias convierten el amoniaco en nitrito y después en nitrato.10 El amoniaco y el nitrito son tóxicos para los peces, pero el nitrato es relativamente inofensivo y es la forma preferida de nitrogenar los cultivos de plantas superiores tales como las hortalizas de fruto.

**Diseño del sistema**

Los sistemas de acuaponía incluyen tanques, tuberías y bombas para recircular el agua, con la adición de un componente hidropónico y a veces un biofiltro independiente y fraccionadores de espuma para eliminación de sedimentos sólidos y en suspensión. A veces, los sedimentos sólidos y la materia orgánica en suspensión, no llegan a niveles que requieran fraccionamiento de espuma si los sistemas de acuaponía son bien diseñados. Los elementos esenciales de un sistema de acuaponía son la pecera de reproducción, un componente de eliminación de sedimentos sólidos y en suspensión, un biofiltro, un componente hidropónico, y un sumidero.

El desecho de la pecera es tratado primero para reducir la materia orgánica en suspensión y sedimentos sólidos. Posteriormente, el agua de cultivo es tratada en un biofiltro para eliminar el amoníaco y el nitrato. Luego, el agua pasa por la unidad hidropónica donde algunos nutrientes disueltos son absorbidos por las plantas. El amoniaco adicional y el nitrito son eliminados por bacterias que crecen en el tanque y en la parte inferior de las hojas de poliestireno. Finalmente, el agua se almacena en un reservorio para devolverla al tanque de cultivo.

El biofiltro y los componentes hidropónicos pueden combinarse en sustratos de sujeción de plantas tales como grava o arena que también funcionan como biofiltros. La hidroponía flotante, que consiste en láminas de poliestireno y ollas de rejilla flotantes para sujetar la planta, también pueden proporcionar suficiente biofiltración si el área de producción de la planta es lo suficientemente grande.

## Historia

### Antigüedad

La acuaponía tiene raíces antiguas, pero no hay un acuerdo sobre dónde y cuándo se originó.

* Los aztecas cultivaron islas agrícolas conocidas como "chinampas" y para algunos son consideradas como la primera forma de acuaponía para uso agrícola donde plantas fueron cultivadas en islas estacionarias (y ocasionalmente móviles) en partes no profundas de lagos, y los materiales de desecho fueron dragados de los canales chinamperos.
* Al sur de China y Tailandia se cultivó arroz en arrozales en combinación con peces, esto es referido como ejemplos de acuaponía temprana. Estos sistemas policulturales de cultivo existieron en muchos países de Lejano Oriente y criaron peces como el Misgurno de Asia (泥鳅, ドジョウ), anguilas de lodo (黄鳝, 田鰻), carpa común (鯉魚, コイ) y carpa cruciana (鯽魚) así como también caracoles de estanque (田螺) en los arrozales.

## Regiones

**Estados Unidos de América**

A pesar de que el desarrollo de la acuaponía se le atribuye frecuentemente a varios trabajos por parte del Instituto de Nueva Alquimia (New Alchemy Institute) y a las obras del Dr. Mark McMurtry et al. de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, muchos papeles del desarrollo inicial en conceptos de acuaponía anteceden a ambos por aproximadamente una década.

Tom y Paula Speraneo, dueños de un pequeño invernadero operacional cerca de West Plains, Misuri, modificaron el método de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y criaron tilapia en tanques sobre el suelo, dentro del invernadero solar. El agua saliente (efluente) de los tanques se usó para nutrir vegetales crecidos en bancas alzadas y cultivados en grava.

Además, los Speraneos manipularon el ciclo de agua, y esta metodología de los Speranos forma la base para el estilo de "inundación y drenaje" en contenedores de crecimiento de sistemas acuapónicos que han sido ampliamente adoptados en Australia basados en modelos promovidos por Joel Malcolm y Murray Hullman, y ahora ganan popularidad en los Estados Unidos.

Inspirados por los éxitos en acuaponía por parte del Instituto Nueva Alquimia (New Alchemy Institute) y la Universidad Estatal de Carolina del Norte, otros institutos siguieron el ejemplo. Además de las técnicas alternativas de acuaponía desarrolladas por el Dr. Mark McMurtry et al. de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el Dr. James Rackocy y sus colegas de la Universidad de las Islas Vírgenes investigaron y desarrollaron el concepto de "Aguas profundas." El sistema combina tilapia con otros varios vegetales.

En 1997 Rebecca L. Nelson y John S. Pade comenzaron a publicar "Aquaponics Journal", una publicación científica cuatrimestral que reúne investigación y varias aplicaciones de acuaponía de alrededor del mundo. En 2008, ellos escribieron y publicaron el primer libro en acuaponía, Aquaponic Food Production.

En 2010 la Comunidad de Jardinería Acuapónica se inauguró, la cual se ha convertido en el lugar más grande para la reunión de entusiastas interesados en la acuaponía en Norteamérica. Miembros de esa comunidad comenzaron la Asociación de Acuaponía (Aquaponics Association) en el año 2011 después de la primera conferencia en Acuaponía que se llevó a cabo en Orlando, Florida, en septiembre de ese año.

**Canadá**

La primera investigación en Canadá fue un pequeño sistema añadido a una investigación existente referente a acuicultura en una estación de investigación en Lethbridge. Canadá vio un alza en instalaciones de acuaponía en la década de 1990, predominantemente como instalaciones comerciales, que por ejemplo, combinan trucha con producción de lechuga flotante.

**Nicaragua**

En Nicaragua existen grandes depósitos de agua para recoger y almacenar agua de lluvia para su uso durante la estación seca. "Estos depósitos están siendo habilitados por agricultores con el fin de producir mediante acuaponía".

Se producen hortalizas como lechuga, apio y hierbabuena, a través del sistema productivo acuaponía que impulsa la Universidad Nacional Agraria, UNA. Según especialistas, con este sistema el pez más utilizado es la tilapia o mojarra, por su resistencia y porque tiene gran demanda por su carne blanca.

En el caso de Nicaragua, se están implementando sistemas fabricados con materiales de la zona que permiten disminuir su costo. Con el sistema también se produce papaya, chiltoma, tomate, chile picante, hierbabuena, cilantro, perejil y lechuga.

**Taiwán**

Taiwán es una isla densamente poblada que se enfrenta a la escasez de agua dulce. El surtido de agua es controlado por el gobierno. Los sistemas acuapónicos de circuito cerrado son utilizados por granjeros agrícolas para ahorrar agua mientras también crían peces, y los granjeros de peces producen plantas que filtran el agua de los tanques de peces.

## Ventajas y desventajas

Los sistemas acuapónicos poseen las siguientes ventajas:

* Conservación por medio de constante reutilización del agua y de reciclado.
* Fertilización orgánica de plantas con emulsión natural de peces.
* La eliminación de desechos sólidos producto de intensa acuicultura.
* La reducción de tierra de cultivo necesaria para la producción de cosechas.
* La reducción en general de la huella causada al medio ambiente por la producción de cosechas.
* El que se construyan pequeñas instalaciones comerciales eficientes cercanas a los mercados reduce el millaje de transportación de alimentos.
* La reducción de patógenos que frecuentemente plagan los sistemas de producción en la acuicultura.
* Se obtiene dos fuentes de ingreso.

Algunas desventajas posibles de la acuaponía son:

* El costo inicial de la instalación, de tanques de plomería y bombas y de cajas para el sembradío.
* El gran número de formas que el sistema puede ser configurado tiende a llevar a resultados igual de variados, investigación conflictiva y a éxitos o a fracasos.
* Algunas instalaciones acuapónicas dependen bastante de energías generadas por el hombre, soluciones tecnológicas y el control del medioambiente para lograr la re circulación y temperaturas del agua y del ambiente. Aunque si un sistema está diseñado con la conservación de energía en mente, el utilizar energía alternativa y un número de bombas reducido dejando correr el agua hacia abajo lo más posible, puede ser muy eficiente en la utilización de la energía.
* Es cierto que un diseño cuidadoso minimiza riesgos, pero los sistemas de acuaponía pueden tener múltiples 'puntos de falla' en donde los problemas como una falla eléctrica o un bloqueo de tubería puede llevar a la pérdida completa de los peces.
* Como todo sistema basado en acuicultura, el alimento para los animales generalmente consiste de comida para peces derivada de especies de menor valor comercial. El continuo agotamiento de peces libres hace que esta práctica sea no sustentable. La alimentación orgánica para peces puede probar ser una buena alternativa. Otras alternativas incluyen crecer lemnoideae con un sistema acuapónico que alimente a los mismos peces criados en el sistema, exceso de gusanos criado por compuesto de vermicultura (composting), al igual que criar larva de mosca soldado negro para alimentar a los peces utilizando composting grub growers.
* Requiere de personal calificado.
* La producción de plantas se encuentra limitado por el número de peces.
