Aquaponía – Todo lo que Necesitas Saber

¿Qué es la acuaponía?

La acuaponía es un método de cultivo que produce plantas en combinación con la acuicultura, o la cría de animales acuáticos como peces y, eventualmente, cangrejos de río, caracoles, conchas o camarones. Forma parte de los métodos de cultivo “sin suelo” más amplios, que incluyen la hidroponía y la aeroponía.

En su forma moderna, la acuaponía suele combinarse con la hidroponía de alta tecnología, el cultivo de plantas sin suelo, utilizando el agua para suministrarles los nutrientes. A menudo puede formar parte de un sistema de agricultura vertical o de cultivo bajo techo.

Hemos analizado en detalle los diferentes sistemas posibles para el cultivo hidropónico y sus pros y contras en nuestro artículo “Hidroponía – Todo lo que Necesitas Saber”.

Sin embargo, la combinación de agricultura y acuicultura es muy antigua. Los aztecas cultivaban en tierras altas agrícolas llamadas chinampas sobre lagos, los agricultores chinos cultivaban arroz con peces en los arrozales durante milenios, al igual que las culturas nativas del sudeste asiático, incluida la notable ciudad de Angkor Wat.

Fuente: Prevention Web

El tamaño del mercado de la acuaponía representa casi 1.2 mil millones de dólares en 2024 y se espera que crezca a una tasa compuesta anual del 9.6% hasta 2029. Los mercados más grandes se encuentran en Norteamérica y Asia.

La ciencia de la acuaponía

Los sistemas hidropónicos ofrecen un control muy preciso sobre las condiciones de cultivo, ayudando a producir cosechas de alta calidad de manera fiable. También son muy eficientes en el uso de agua y espacio. Pero, ¿qué pasaría si también pudieran producir carne densa y saludable con la misma agua? Esto es posible al conectar el agua que usa el sistema hidropónico a los tanques de crecimiento de acuicultura.

El argumento más fuerte a favor de la acuaponía es crear un círculo en el que cada componente resuelve un problema presente en la hidroponía y la acuicultura cuando están separadas.

La hidroponía es un sistema de cultivo muy eficiente, pero requiere la adición constante de fertilizante al agua para mantener la planta sana y en crecimiento.

Por otro lado, la acuicultura requiere mucha agua fresca y limpia y filtración, ya que los desechos de los peces (u otros animales acuáticos) se acumulan y contaminan el agua.

En un sistema acuapónico, ambos problemas se “resuelven”. Los excrementos de los peces ya no son contaminación, sino fertilizantes ricos en nitrógeno para las plantas. Luego, las raíces de las plantas limpian y filtran el agua “gratis” al absorberlos.

Fuente: The Aquaponic Resource

Tipos de sistemas acuapónicos

Sistema acuapónico basado en medio

Un medio inerte como grava, rocas de lava o perlita de arcilla ancla las raíces de las plantas. La cama de crecimiento se inunda periódicamente con agua del tanque de peces mediante un sifón de campana. Esto lleva los nutrientes a las plantas.

El agua luego se devuelve al tanque de peces para cerrar el ciclo una vez que ha sido filtrada por las plantas. A veces, se añaden gusanos al medio inerte para ayudar a descomponer los excrementos de los peces.

Fuente: Go Green Aquaponics

Como este sistema no utiliza filtro y tiene el menor número de componentes, es el más sencillo.

Sistema de balsas

Las plantas se colocan sobre balsas flotantes, con las raíces colgando en el agua. El agua rica en nutrientes del tanque de acuicultura fluye continuamente a un sistema de filtrado y luego a las balsas de plantas.

El filtro contiene bacterias que ayudan a que los nutrientes sean más “digestionables” para las plantas.

Este sistema es más complejo pero puede escalarse mucho más fácilmente, sin límite en la cantidad de balsas o el tamaño del tanque de peces, siempre que las tuberías y el filtro coincidan.

Fuente: Go Green Aquaponics

Técnica de película nutriente (NFT)

Este sistema es similar a los sistemas acuapónicos basados en medio, pero con una fina película de agua que fluye continuamente desde el tanque de peces. No hay filtro intermedio como en el sistema de balsas.

Fuente: Go Green Aquaponics

El sistema ofrece algunas ventajas pero también limitaciones.

El agua que fluye y la capa delgada permiten una rica oxigenación, beneficiosa tanto para las raíces de las plantas como para los peces, ya que el agua luego vuelve al tanque. También es muy eficiente en espacio y puede usarse en espacios reducidos o en sistemas de agricultura vertical alta. Por último, el flujo continuo de nutrientes y agua impulsa el crecimiento de las plantas mejor que un sistema basado en medio, pero sin la necesidad del filtro del sistema de balsas.

Sin embargo, los sistemas NFT solo son adecuados para plantas con raíces pequeñas, como verduras de hoja; los sistemas de raíces más grandes no funcionan bien. También es posible que las raíces obstruyan los canales poco profundos, lo que puede causar deficiencia de nutrientes. La temperatura del agua puede fluctuar rápidamente, especialmente si las plantas están expuestas al sol directo, lo que puede generar problemas tanto para las plantas como para los peces.

Qué se puede cultivar con acuaponía

Lado vegetal

La mayoría de las plantas que pueden cultivarse con hidroponía también pueden cultivarse con acuaponía. El mercado de la hidroponía está dominado mayormente por cultivos de alto valor con demanda constante y necesidad de un entorno de crecimiento de alta calidad y controlado:

• Tomates.
• Hierbas.
• Lechuga.
• Pepino.
• Pimientos.

Fuente: Grand View Research

Otros cultivos de alto valor pueden cultivarse con hidroponía y acuaponía, como por ejemplo cannabis o lúpulo. En este caso, la hidroponía/acuaponía aporta un alto nivel de consistencia a las condiciones de crecimiento, resultando en un sabor y composición química consistentes.

Lado acuícola

Cría de peces

La cría de animales acuáticos más popular son los peces.

El agua dulce es obligatoria para los sistemas acuapónicos, ya que el agua de mar salada sería tóxica para el componente vegetal del sistema.

Se está investigando el desarrollo de acuaponía con agua salada, buscando plantas con suficiente tolerancia al salado. Las opciones exploradas incluyen la planta de hielo común (una cosecha hidropónica popular en Japón), arroz transgénico tolerante a la sal variedades, o algas marinas.

Entre los peces populares para la acuaponía se encuentran:

• Tilapia (de lejos el pez más común en acuaponía).
• Bluegill/brim/pez sol/crappie.
• Bagre.
• Perca.
• Carpa.
• Koi.
• Pacu.
• Diversos peces ornamentales como ángel, guppies, tetras, pez espada, molly, pez dorado.

En general, los mejores peces tendrán las siguientes características, también beneficiosas para la acuicultura en general:

• Vivan bien juntos en tanques pequeños y confinados, con un tamaño máximo adulto lo suficientemente pequeño.
  • Una buena reproducción en cautiverio es otro rasgo valioso.
• Crecimiento rápido, especialmente para peces de carne, y idealmente una buena relación de conversión alimenticia (cuántas libras de alimento se requieren para crecer una libra de pez).
• Buena resistencia a enfermedades.
• Buena tolerancia al agua fría (reduce la necesidad de calefacción costosa y de alto consumo energético) y a variaciones de temperatura (difícil de controlar con cambios estacionales).
  • La temperatura del tanque y la especie de pez deben adaptarse a la ubicación.
• Fuerte demanda del mercado para esta especie.

Otros animales acuáticos

Los peces no son los únicos animales que pueden criarse con acuaponía, existen alternativas, como:

• Cangrejos de río / yabbies, un pequeño pariente de agua dulce de la langosta.
• Camarones y langostinos, siempre que sean de agua dulce. Requieren temperaturas de agua bastante altas.
• Mejillones, ostras y otras conchas
  • Las conchas ayudarán a mantener el agua limpia y proporcionarán un producto de alto valor para la venta.
  • Sin embargo, pueden causar problemas si se propagan y se asientan dentro de las tuberías del sistema, creando obstrucciones.
  • Como las conchas se alimentan principalmente de microalgas y plancton, el cultivo hidropónico de algas podría crear un sistema acuapónico original sin plantas ni peces.
• Tortugas y reptiles acuáticos. Los reptiles acuáticos a veces se crían como mascotas, o incluso para consumo en algunos países. Por lo tanto, podrían desempeñar el mismo papel que los peces en un sistema acuapónico, especialmente en un entorno cálido.
• Gusanos (“vermiponics”).
  • Los gusanos pueden alimentarse con desechos agrícolas, restos de cocina, estiércol de conejo y otros productos que no servirían como alimento para peces.
  • Requieren menos oxígeno y, en general, son más resistentes que animales más complejos.

Filtro de bacterias

Aunque no todos los sistemas acuapónicos utilizan un filtro, a menudo es necesario para instalaciones a gran escala.

El objetivo de dicho filtro es albergar bacterias capaces de convertir los desechos de los animales acuáticos, ricos en amoníaco, en nitritos y nitratos (“nitrificación”), más beneficiosos para las plantas.

Si no se convierten en nitratos y son utilizados por las plantas, la alta concentración de amoníaco (y en menor medida nitrito) también podría matar a los peces y otros animales acuáticos. Como las plantas asimilan el amoníaco menos eficientemente, esto hace que la nitrificación sea indispensable en muchos diseños.

El amoníaco se convierte en nitrito por bacterias Nitrosomonas, y el nitrito en nitratos por bacterias Nitrobacter. El proceso puede tomar tiempo, por lo que debe considerarse en el diseño y operación de un sistema acuícola, con potencialmente varios tanques de filtros bacterianos que liberen el agua tratada secuencialmente.

Ventajas de la acuaponía

La acuaponía comparte muchas de las ventajas (y limitaciones) de la hidroponía. Esto incluye entre 1/6^th y 1/10^th del consumo de agua comparado con la agricultura tradicional, condiciones de crecimiento altamente consistentes y productivas, menor consumo de pesticidas y sin herbicidas, y la eliminación de enfermedades transmitidas por el suelo.

La acuaponía también tiene ventajas únicas sobre la hidroponía o la acuicultura por sí solas:

• Todos los fertilizantes son naturales, provienen completamente de los desechos de los peces.
  • El alimento para peces, necesario en la acuicultura, se reutiliza “dos veces”, ahorrando en el costo de fertilizantes.
  • Puede permitir un cultivo hidropónico más natural y orgánico, sin fertilizantes químicos que ingresen al sistema.
• El agua de los peces se filtra naturalmente. Esto reemplaza la necesidad de descargar entre 5% y 30% del agua diariamente.
  • Reduce drásticamente el consumo de agua en la acuicultura.
  • También reduce la contaminación relacionada con la acuicultura, que puede dañar fuentes de agua cercanas, así como floraciones algales tóxicas y la eutrofización de cuerpos de agua dulce.
• Produce simultáneamente alimentos ricos en proteínas y productos vegetales saludables.
• Fuente de ingresos diversificada.
  • Los precios de los vegetales y del pescado pueden fluctuar mucho, pero sin estar correlacionados entre sí.
  • La cosecha de pescado es menos regular, pero puede proporcionar una gran entrada de efectivo además de los ingresos más regulares del cultivo hidropónico.

Desventajas de la acuaponía

Aunque en general es más eficiente que la hidroponía y la acuicultura por separado, la acuaponía puede presentar sus propios desafíos.

Complejidad y costos

Si bien el costo ya era la principal limitación de la hidroponía, la acuaponía es aún más compleja y, por lo tanto, costosa de instalar. Los sistemas de acuicultura se han añadido a los sistemas hidropónicos.

Cada uno debe dimensionarse de manera que coincidan exactamente, de modo que haya suficientes plantas para filtrar el agua, así como suficientes peces para proporcionar suficiente fertilizante.

Este sistema más complejo también necesita gestionar bien la temperatura, tanto la del aire como la del agua, teniendo en cuenta la evaporación y la humedad promedio. Además, tanto las plantas como los animales pueden modificar el pH del agua, lo que puede reducir el crecimiento o incluso matarlos si está fuera de equilibrio.

Control y habilidades

Debido a la interconexión de todos los parámetros a monitorizar, se requiere supervisión constante y sensores para comprobar estas métricas.

De manera similar, la monitorización de brotes de enfermedades ahora debe realizarse tanto para peces como para plantas. Tratarlas puede ser más difícil, por ejemplo, administrar antibióticos a los peces podría contaminar las plantas, o fungicidas para la planta contaminar la carne del pez.

La monitorización y el cuidado de un sistema tan complejo requieren buen conocimiento y entrenamiento, incluso más que lo necesario para la hidroponía o la acuicultura “más simples”, que ya son campos complejos en la agricultura.

Demanda de energía

Las variaciones de temperatura pueden ser mortales para los animales acuáticos, incluso más rápidamente que para las plantas con menor tolerancia a cambios grandes o rápidos.

Por lo tanto, un sistema acuapónico probablemente requerirá un sistema de calefacción y/o refrigeración para mantener el agua dentro de un rango aceptable.

Esto puede hacer que la acuaponía consuma mucha energía, especialmente en algunos climas. También puede complicar el uso de luz natural y invernaderos para el componente vegetal del sistema. Si bien esto reduce la necesidad de luces artificiales y calefacción de las plantas, también puede provocar sobrecalentamiento del agua en los meses de verano, lo que puede convertirse en un problema para los animales acuáticos.

Resiliencia

Los sistemas acuapónicos son por naturaleza muy artificiales. Requieren muchas tuberías, bombas, sensores, filtros, etc. Esto significa que dependen de que todo funcione sin problemas:

• Cadena de suministro de piezas y componentes.
• Suministro eléctrico.
• Sistema electrónico conectado para operaciones altamente automatizadas y avanzadas.
• Mano de obra calificada capaz de realizar eficientemente la monitorización y el mantenimiento requeridos.

Estos problemas son aún más pronunciados que en la hidroponía, ya que los peces necesitarán un suministro constante de alimento, agua filtrada y oxígeno.

Por lo tanto, que el sistema acuapónico se desconecte solo 24 horas podría significar la muerte de todos los peces, algo que probablemente las plantas podrían tolerar.

Si bien existen formas de mitigar estos riesgos, por ejemplo con redundancia de sistemas o mayor inventario (lo que aumenta los costos de instalación), o suministro local de energía mediante generación renovable, la acuaponía nunca será tan resiliente como la hidroponía, y mucho menos que un cultivo regado por lluvia en campo abierto.

Innovación en la acuaponía

Innovación acuapónica

Como la acuaponía combina tanto la hidroponía como la acuicultura, las innovaciones en ambos campos pueden mejorar la productividad.

Innovaciones en hidroponía

Iluminación LED

Las luces LED son otra intervención tecnológica crucial en la hidroponía y la acuaponía. Estas luces consumen mucho menos energía, emiten menos calor y duran más que otras fuentes de luz.

Además, no todo el espectro visible de luz es útil para las plantas en la fotosíntesis, por lo que se pueden usar LEDs dedicados sin luz verde para reducir aún más la electricidad consumida por la iluminación artificial.

Fuente: Agritecture

eSoil

El cultivo hidropónico permite un control directo sobre las plantas de una manera imposible en la agricultura tradicional. Esto abre la puerta a la experimentación de nuevas formas de aumentar la productividad de los cultivos más allá de incrementar el acceso a luz o nutrientes.

Por ejemplo, exploramos una de esas opciones en nuestro artículo “Electricity Set to Supercharge Growth in Hydroponic Crops”. Investigadores utilizaron un sustrato artificial personalizado, o “suelo conductor / eSoil” hecho de celulosa (el componente principal del papel) mezclado con un polímero conductor llamado PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene). De esta manera, pudieron exponer plántulas a un bajo voltaje continuo, resultando en un aumento del 50% en la tasa de crecimiento.

Este es solo un ejemplo de cómo los sistemas hidropónicos podrían ofrecer un aumento significativo de productividad gracias al mayor nivel de control que ofrecen.

Innovación en acuicultura

Uno de los principales problemas en la acuicultura es la gestión de plagas y enfermedades. Los avances biotecnológicos hacen posible el uso de tratamientos de ARN interferente (RNAi) para reducir el impacto de virus como, por ejemplo, el virus del síndrome del punto blanco (WSSV), un virus que tiene un impacto negativo significativo en los camarones cultivados.

Las vacunas también podrían administrarse con la comida de los peces, ya sea mediante microencapsulación especial o incluso usando algas genéticamente modificadas que forman una vacuna comestible y autorreplicante.

Por último, con las poblaciones silvestres de peces agotándose rápidamente, los métodos de abastecimiento altamente fiables usando soluciones blockchain como Fishcoin pueden usarse para asegurar que la carne de pescado que llega a los consumidores se haya producido de la manera más ética y con el menor costo energético.

Otras soluciones de alta tecnología también podrían usarse, como sensores de monitoreo individual de peces, como el iFarm, desarrollado en colaboración entre la granja de salmón Cermaq en Noruega y la empresa de sensores BioSort.

Innovación para hidroponía y acuicultura

Automatización basada en IoT y sensores

El descenso de los costos de sensores y electrónica ha hecho posible la monitorización continua de temperatura, humedad, luz, niveles de pH y volumen de nutrientes. Este nivel de monitorización es aún más importante que en la hidroponía, ya que la presencia de animales hace que la variación no deseada sea más probable y tenga consecuencias más graves.

Este método basado en sensores ayuda a rastrear y ajustar en tiempo real que las condiciones se mantengan constantemente óptimas.

Tecnologías basadas en IA

Como se mencionó, la acuaponía requiere un nivel extremadamente intenso de monitorización del sistema de agua, enfermedades, niveles de nutrientes, temperatura, pH, calidad del filtrado, etc.

La IA puede ayudar a optimizar las condiciones ambientales existentes, incluidos los niveles de luz, humedad y nutrientes. La IA también ayuda a optimizar la inversión y reducir costos creando soluciones personalizadas para condiciones específicas. Con el tiempo, esto podría reducir la necesidad de operadores humanos altamente capacitados y conocedores de la acuaponía.

La IA también puede usar visión artificial o pruebas bioquímicas automatizadas regulares para advertir sobre la presencia de enfermedades antes de que un humano pueda detectarlas.

Por último, con el auge de los robots agrícolas autónomos, podemos imaginar un sistema acuapónico donde la siembra, poda, cosecha y reemplazo de plantas, así como la alimentación, cría y cosecha de los peces, se realicen de forma autónoma mediante la IA que controla el sistema acuapónico.

Lanzamiento de una instalación acuapónica

También necesitará una fase de iniciación lenta, que será necesaria para obtener un ciclo de nitrógeno equilibrado y estable. Antes de añadir peces, es mejor establecer el ciclo de nitrógeno introduciendo amoníaco en el sistema y dejando que la biopelícula bacteriana crezca dentro del filtro para que el amoníaco se convierta eficientemente en nitritos y nitratos.

Lo mismo ocurre al añadir peces y plantas, con introducciones progresivas que permiten ajustar los parámetros de calidad del agua, la alimentación de los peces y el crecimiento de las plantas. Solo cuando el sistema funcione sin problemas con plantas y animales en diferentes etapas de crecimiento y cosecha continua, el sistema acuícola podrá considerarse completamente instalado.

Dimensionamiento

Debido a la complejidad de la acuaponía, la mayoría de estos sistemas tienden a construirse a escala comercial con un retorno de inversión preciso esperado. También tienden a integrar un alto grado de automatización y tecnologías de sensores.

Esto no significa que no se puedan construir sistemas más manuales o más pequeños, pero podrían ser más difíciles de mantener en equilibrio respecto a la acidez, temperatura, niveles de amoníaco, etc., y requerir ajustes más puntuales.

El sector aún está en sus primeras etapas, sin una plantilla estandarizada y con mucha experimentación. Sin embargo, ya no es solo un concepto en desarrollo, con algunas instalaciones grandes notables:

• Superior Fresh en Wisconsin, desde 2017, ha cultivado anualmente 1.8 millones de libras de lechuga y verduras de hoja — y 40,000 libras de pescado — dentro de 123,000 pies cuadrados de espacio de producción (más de 11,000 metros cuadrados).
• Les Nouvelles Fermes en Francia, que recaudó 2 millones de dólares en 2020 para producir 60 toneladas de productos frescos y 12 toneladas de trucha arcoíris anualmente.
• Instalación acuapónica de 4,000 metros cuadrados de Jabber Al Mazroui en los Emiratos Árabes Unidos.

Conclusión

La acuaponía es un diseño notablemente eficiente, que resuelve muchas de las limitaciones tanto de los métodos hidropónicos como de los acuícolas actuales. Puede reducir tanto la dependencia de la hidroponía de fertilizantes químicos como la contaminación del agua y los desechos causados por la acuicultura.

Sin embargo, es mucho más técnica, y la mayoría de personas y empresas probablemente se beneficiarán primero de desarrollar una amplia experiencia trabajando al menos en hidroponía o acuicultura antes de combinar ambos con la acuaponía.

De esta manera, tendrán más probabilidades de manejar con éxito los múltiples desafíos que plantea la complejidad del sistema, como la gestión de enfermedades y plagas, desequilibrios químicos (pH, niveles de amoníaco, etc.), selección de especies, fluctuaciones de temperatura, etc.

Sin embargo, considerando el crecimiento de la población mundial combinado con la disminución de poblaciones silvestres de peces y la reducción de la superficie de tierras cultivables, la acuaponía podría ser una solución poderosa para producir productos vegetales de alta calidad y carne saludable rica en proteínas. Y hacerlo con menor uso de tierra y agua, mientras se emite mucho menos contaminación.