Acuaponía: Sistema de Producción Integrado

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1 - Consumo actual + 14/10/2015 CURSO INTERNACIONAL ACTUALIZACIÓN EN POSCOSECHA Y PROCESAMIENTO DE PRODUCTOS HORTIFRUTÍCOLAS Acuaponía: Sistema de Producción Integrado Antecedentes: Tendencia a nivel global - Crecimiento a futuro + Leche Funcionales Café Pescado y hortalizas Queso Novedosos Andrés Bustamante CEPOC, Facultad de Ciencias Agronómicas Universidad de Chile anbustama@ug.uchile.cl Grasa animal Pan Sopas Ambientalmente sustentables Producción local Orgánicos Evolución valor de alimentos en Chile Antecedentes: Situación País Alza de alimentos 7,5% en los últimos 12 meses Hortalizas: alza del 25,2% en 12 meses Alza de precios superios a gran mayoría de países de la OCDE Fuente: El Mercurio, 02 agosto 2015 /ODEPA, 2015 Ministerio de Agricultura, ODEPA,

2 Acuicultura Cultivo de animales o plantas Acuaponía Hidroponía Producción de alimentos en un medio inerte mediante la adición controlada de nutrientes, sin uso de Combinación de un sistema de acuicultura de acuáticas destinados a la recirculación alimentación humana con o animal un sistema hidropónico en que los vegetales reciben gran parte de los suelo nutrientes necesarios para su crecimiento desde del agua de cultivo de los peces Acuaponía: Principales Ventajas Sistema producivo sostenible e intensivo Dos productos agrícolas se producen a partir de una fuente de N Eficiente en el uso del agua No requiere el uso de suelo No utiliza fertilizantes o pesticidas químicos Producción compatible con certificación orgánica Bajo riesgo de contaminación Apto en terrenos de baja aptitud agrícola (desiertos, degradados, salinos) Escasa producción de residuos Alternativa factible en agricultura familiar y urbana Materiales simples y disponibles ampliamente Acuaponía: Principales Desventajas Aplicaciones actuales de acuaponía Alto costo del sistema (superior a suelo e hidroponía) Requiere capacitación de peces, bacterias y plantas No siempre se ajustan requerimientos de peces y plantas No recomendable en lugares con temperaturas que no se adaptan a requerimientos de peces y plantas Errores pueden causar catástrofes en el sistema Manejo diario Dependiente de energía eléctrica No recomendable en lugares con disponibilidad de agua, espacio y suelos fértiles. Educación e investigación Sistemas domésticos/pequeña escala (1000 lts; 3 m 2 ) Sistemas semicomerciales/comerciales 2

3 Acuaponía: Principios, Ciclo del Nitrógeno Acuaponía: Principios, Nitrificación Nitrógeno atmosférico (N 2 ) Plantas Asimilación Bacterias fijadoras de nitrógeno Nitrato (NO 3- ) Bacterias denitrificantes Peces eliminan amonio en sus desechos Bacterias oxidantes de amonio convierten amonio (NH 3 ) a nitrito (NO 2 -) Bacterias oxidantes de nitrito convierten nitrito (NO 2 -) a nitrato (NO 3 -) Plantas usan nitrato (NO 3 -) para su crecimiento Bacterias fijadoras de nitrógeno del suelo Amonificación Descomponedores (bacterias y hongos aerobios y anaeróbicos) Amonio (NH 3 ) Nitrificación Bacterias nitrificantes Nitrito (NO 2- ) Bacterias nitrificantes Nitrosomas Biofiltro Nitrobacter Acuaponía: Principios, Balance del Sistema Medidas necesarias para que el sistema de bacterias, peces y plantas se mantenga en equilibrio Debe considerarse: - Alimento peces (g/día) - Tipo de planta (hoja o frutos) - Superficie de cultivo (m 2 ) Bacterias nitrificantes Alto amonio o nitrito Bajo nitrato Hortalizas de Hoja Hortalizas de fruto Razón de tasa de alimentación g alimento/m 2 plantas/día g alimento/m 2 plantas/día Insuficiente biofiltración Exceso plantas o falta de peces Alto nitrato (hasta 150 mg/l) Sistema en equilibrio Acuaponía: Parámetros del Sistema Calidad del Agua: - Oxígeno disuelto - ph - T - Nitrogeno - Dureza (carbonatos) 3

4 Solubilidad del oxígeno 14/10/2015 Parámetros generales del agua para peces plantas y bacterias Tipo de organismo Peces agua cálidas Temp ( C) ph Amonio Nitrito Nitrato Oxígeno disuelto ,5 < 3 < 1 < Peces agua fría ,5 < 1 < 0,1 < Plantas ,-7,5 < 30 < 1 - > 3 Bacterias ,5 < 3 < Parámetros generales del agua para peces, plantas y bacterias Oxígeno disuelto: - Parámetro con efecto inmediato - Equipos de medición de alto costo - Solubilidad cambia furtemente con la temperatura - Uso de aireadores y bombas de aire 9.0 mg/l soporta gran cantidad de peces Parámetros ideales para acuaponía Temp ( C) ph Amonio Nitrito Nitrato Oxígeno disuelto Acuaponía < 1 < > mg/l soporta crecimiento 6.0 mg/l soporta reproducción 3-5 mg/l h tolerancia/estrés Temperatura del agua ( C) <3 mg/l muy bajo para mayoría de los peces ph Parámetros generales del agua para peces, plantas y bacterias Organismo Controla Rango Plantas Regula acceso a macro y micronutrientes Bacterias nitrificantes Conversión de amonio a nitrato 6,0-6,5 (>7,5 deficiencia de Fe, P y Mn) < 6 disminuye actividad (Aumenta amonio en el sistema) Peces Toxicidad en peces ( a > ph aumenta toxicidad amonio) Parámetros generales del agua para peces, plantas y bacterias Temperatura - Afecta el nivel del oxígeno disuelto - Modifica toxicidad por amonio (a mayor temperatura aumenta niveles de amonio no ionizado que es más tóxico) - Altas temperaturas restringen absorción de Ca en las plantas - Búsqueda de equilibrio entre requerimientos del cultivo de peces y plantas Nitrificación ph formación ácido nítrico Densidad de peces Respiración de los peces liberación de CO 2 al agua formación de H 2 CO 3 ph 4

5 Nitrógeno total (amoniaco, nitritito y nitrato) Condición Nivel Síntomas Alto amoniaco > 1 mg/l Pérdida de equilibrio, dificultad para respirar, convulsiones, inflamación de las branquias Alto amoniaco Alto amonio Alto nivel nitritos (NO 2 -) Alto nivel nitratos (NO 3 -) ph ácido amoniaco se une a H+ amonio menor toxicidad A ph > 8 amoniaco se mantiene en estado más tóxico. Superior a 0,25mg/L Superior a 250 mg/l Ausencia Pérdida de equilibrio, dificultad para respirar, convulsiones, inflamación de las branquias Disminuye O 2 en sangre, boqueo Acumulación excesiva de nitratos en hojas Dureza del agua (carbonatos): - Cantidad total de carbonatos (CO 3 2- ) y bicarbonatos (HCO 3- ) disueltos en agua - CaCO 3 - Actúan como buffer evitando bajas bruscas en el ph producto de la formación de HNO 3 (H + + NO 3 -) durante la nitrificación Sistema de camas de sustrato sólido Tipos de Sistemas Acuapónicos Estanque Sumidero Área de cultivo 5

6 Sistema de camas de sustrato sólido Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Ventajas Diseño simple, apto para principiantes Permite usar partes recicladas Soporta vegetales de mayor tamaño Desventajas Sistema muy pesado Sustratos pueden tener alto precio o no estar disponibles No recomendado para escalamientos productivos Estanque Filtro Área de cultivo Amplia variedad de sustratos (gravilla, arcilla, piedras volcánicas) Sustratos puede obstruir las tuberías Sustrato actúa como filtro de sólidos y biofiltro Falta de uniformidad en irrigación de las plantas Sistema NFT (Nutrient Film Technique) Sistema Raíz Flotante Ventajas Sistemas mas eficiente que camas con sustrato a mayor escala Ideal para hortalizas de hoja Desventajas Requiere sistema de filtración o separación mecánica de sólidos Muy vulnerable a cortes de energía Mínima evaporación del agua Bajo volumen de agua magnifica cambios en calidad del agua Estanque Filtro Área de cultivo Requiere menor cantidad de agua Mayores cambios en temperatura del agua estrés en peces Simplifica las labores de cosecha Obstrucción de tuberías 6

7 Sistema Raíz Flotante Acuapónico Ventajas Sistemas factible en escalamientos productivos Gran volumen de agua evita cambios bruscos en calidad del agua Soporta pequeños cortes de energía Mínimas pérdidas de agua por evaporación Variación pequeña en temperatura del agua Desventajas Requiere sistema de filtración o separación mecánica de sólidos Peso del sistema Dificulta cultivo de plantas de tallo largo Alto volumen de agua predispone a enfermedades fúngicas Fragilidad de planchas de poliestireno Estanques - 20% del costo del sistema - Plástico (UV resistente) o fibra de vidrio - Estanques en suelo - Contenedores - Barriles - Usados: no contener previamente tóxicos - Color: claros o blancos - Cubiertos con malla (evita microalgas y escapes) Acuapónico Estanques Acuapónico Filtro y/o Separador Mecánico - Permite retirar sólidos del sistema - Evita descomposición de materia orgánica por bacterias y producción gases tóxicos por bacterias anaerobias - Fundamental en NFT y raíz flotante 7

8 Cantidad 14/10/2015 Filtro Acuapónico y/o Separador Mecánico Acuapónico Biofiltro - Requiere aireación y oscuridad - Conversión de residuos solubles en agua (amonio a nitratos) - Aloja gran parte de bacterias nitrificantes - Evita que residuos lleguen a raíces en sistemas NFT y raíz flotante - Volumen 1/6 estaque peces - Biobolas (alta área superficial/volumen m 2 /m 3 ) Agua a mesas cultivo Agua desde el clarificador Medios biofiltrantes Bomba Acuapónico Sumidero - Ubicado en lugar más bajo del sistema - Tamaño suficiente para contener agua de mesas - 1/4 a 1/3 del volumen del estanque de peces - Se recomienda evaluar pérdidas del sistema en este estanque Sistema acuapónico: Ciclo del Sistema - Requiere 3-5 semanas - Introducción de una fuente de amoniaco para establecer el biofiltro - Fin del ciclo: amoniaco y nitritos 0-1 mg/l y nitratos en aumento Amoniaco Nitrito Nitrato Bacterias convierten amoniaco a nitrito Bacterias convierten nitrito a nitrato Tiempo (días) 8

9 Sistema acuapónico: Ciclo del Sistema - Fuente de amoniaco: Alimento finamente molido - Monitorear sistema Objetivo 1-2 mg/l amoniaco - Amoniaco > 3 mg /L inhibe bacterias nitrificantes Sistema Acuapónico: Cultivo integrado de Lechugas y Trucha Arcoíris (Oncorhynchus mykiss) Cama de broiler: riesgo salmonella, E. coli Alimentos peces molido Temp ( C) ph Amonio Nitrito Nitrato Oxígeno disuelto Bacterias < 1 < Trucha arcoiris Temp ( C) Temp Opt ( C) Amonio Nitrito Alimento (%PV) Oxígeno disuelto < 0,5 < 0,3 1-2 >6 Sistema Acuapónico: Cultivo integrado de Lechugas y Trucha Arcoíris (Oncorhynchus mykiss) Consideraciones finales Alternativa productiva en pequeños agricultores Productos seguros alimentariamente Calidad comparable con sistemas convencionales Alternativa productiva interesante en vista de cambio climático, aumento poblacional y disminución de tierras agrícolas. 9

10 Agradecimientos Proyecto FIC de la Región de Coquimbo, Chile Diversificación de la industria alimentaria de la Región de Coquimbo a través del desarrollo sustentable de un proceso productivo en acuaponía 10