1.

TECNOLOGÍA ACUAPÓNICA

1.1 Introducción a la tecnología acuapónica

Hoy en día, como resultado del rápido crecimiento de la población, el aumento de las
necesidades

alimentarias y la urbanización, la cantidad de tierra agrícola está disminuyendo rápidamente y

nuestros océanos están sobreexplotados. Para satisfacer la futura demanda de alimentos, se

necesitan

tecnologías de producción de alimentos innovadoras, que ahorren espacio y sean ecológicas.

La

acuaponía es un policultivo (sistema integrado de producción multi-trófica) que consiste en

dos

tecnologías: la acuicultura de recirculación (una piscifactoría) y el cultivo de hortalizas sin suelo

(hidroponía). El objetivo principal de la acuaponía es reutilizar los nutrientes provenientes del

pienso

de los peces y las heces de los peces para cultivar plantas (Graber y Junge 2009; Lennard y
Leonard

2004; Lennard y Leonard 2006; Rakocy et al. 2003). La integración de dos sistemas en uno
ayuda a

eliminar algunos de los factores insostenibles del funcionamiento independiente de la

acuicultura y

los sistemas hidropónicos (Somerville et al. 2014).

a) b)

c)

Ranka Junge, Nadine Antenen

13

Figura 1: Flujo de materia en acuicultura (a), hidroponía (b), y acuaponía (c).

Los excrementos de los peces pueden ser utilizados por las plantas directamente o después de
que las

bacterias hayan convertido el amoníaco en nitrito y nitrato. El alimento para peces en formato
de

pienso añade un suministro continuo de nutrientes a las plantas, resolviendo así la necesidad
de

cualquier descarga o sustitución de soluciones de nutrientes agotadas o incluso el ajuste de las

soluciones para la hidroponía. Los beneficios económicos del sistema también son
potencialmente
mayores puesto que la necesidad de comprar fertilizante adicional se ve reducido para el
cultivo de

las plantas. La acuaponía es una práctica agrícola que está en plena expansión y que, por lo
tanto,

ofrece una serie de beneficios potenciales; sin embargo, también existen importantes
debilidades en

este sistema de producción agrícola potencialmente sostenible (Tabla 1).

En teoría, el concepto podría contribuir, tanto a nivel regional como mundial, a la solución de
algunos

de los problemas cruciales a los que se enfrenta nuestro planeta: la disponibilidad y el uso de
agua

potable y de riego, la contaminación de las aguas superficiales por la cría de animales y la

gestión de

los recursos de fertilizantes no renovables. Sin embargo, todavía existen muchos obstáculos
teóricos

y prácticos para la expansión de esta prometedora tecnología.

Tabla 1. Ventajas y debilidades de la acuaponía (Diver 2006; Joly et al. 2015; Somerville et al.
2014)

Ventajas/beneficios Debilidades

Conservación de los recursos hídricos

Uso eficiente de la fuente de nutrientes (pienso

para peces)

Reciclaje de recursos no renovables (como el

fósforo o potasio) y también de recursos

renovables, pero escasos (como el agua)

No se utilizan herbicidas o plaguicidas químicos, ya

que el reciclaje del agua dentro del sistema

dificulta su uso debido a sus efectos adversos

tanto en los peces como en las plantas

La puesta en marcha es más cara en comparación

con otras tecnologías

Es necesario un conocimiento profundo de los

organismos (peces, plantas, bacterias) involucrados

Los requisitos de los peces y las plantas pueden ser

diferentes, y no se pueden cumplir en todos los

lugares sin una inversión importante en tecnologías

de invernadero.

Es necesaria una gestión y dedicación diaria

14

Uso muy restringido de plaguicidas de origen

biológico

Mayor nivel de bioseguridad y menos

contaminantes

Reducción de los costos de operación (en

comparación con la acuicultura o la hidroponía por

separado)

Se puede utilizar en terrenos no cultivables

Los materiales de construcción y la información

están ampliamente disponibles

Puede funcionar en diferentes climas y en lugares

tanto rurales como urbanos, permitiendo así la

producción de alimentos o cultivos comerciales

para la familia.

Puede aumentar la productividad del espacio

disponible, ya que se pueden cosechar dos cultivos

en la misma superficie (si las peceras se colocan

debajo de la unidad de producción de la planta)

Requiere electricidad, suministro de plantas y

alevines (peces jóvenes)

En la mayoría de los países europeos el estatus legal

de la acuaponía no está claro (actividad empresarial,

actividad agrícola)

Por lo tanto, la acuaponía tiende a ser un método ecológico y respetuoso con el clima que
produce

alimentos nutritivos y, al mismo tiempo, satisface la demanda de los consumidores para un

estilo de
vida sostenible y saludable. Siempre que la inversión no sea demasiado elevada, la acuaponía
es ideal

para los países en vías de desarrollo, ya que los peces proporcionan las proteínas necesarias y
una

segunda fuente de ingresos. Los cultivos comerciales de alto valor, como las verduras, pueden

cultivarse en un sistema acuapónico en zonas en las que los métodos de cultivo

convencionales sólo

pueden producir cereales. Debido a que el sistema suele estar encerrado en un invernadero, la

acuaponía es resistente a los cambios climáticos. Sin embargo, la acuaponía también se ha

implementado con éxito en el exterior. Para una opción menos costosa, las plantas pueden
cubrirse

con un simple techo (que proporciona protección contra las inclemencias del tiempo y evita el
acceso

de pájaros y otros animales) en lugar de un invernadero completo. Esto es especialmente

viable para

las naciones en desarrollo en los trópicos. A pesar de las debilidades, se piensa que la
acuaponía se

convertirá en un método de producción de alimentos cultivados localmente, por ejemplo en

un

entorno urbano con unidades de producción más pequeñas diseñadas para hogares y
restaurantes.

Se necesita tanto más investigación como más educación para desarrollar esta tecnología
emergente.

En particular, se necesita investigación para optimizar el sistema de producción hacia una

producción

segura y económica sostenible. La técnica abre nuevas perspectivas para crear nuevos
"empleos

verdes". El creciente número de granjas acuícolas requerirá el surgimiento de una nueva

profesión: el

agricultor acuapónico (Graber et al. 2014).

1.2 Elementos de los sistemas acuapónicos

El "hardware" o parte sólida de un sistema acuapónico consiste en (i) los tanques para peces,
(ii) las

bombas de agua y aire para oxigenar, (iii) las unidades de separación de sólidos (filtros de
tambor,

colectores), (iv) el biofiltro, (v) el método de cultivo de plantas, y (vi) los materiales de
fontanería.
15

Estos elementos contienen una serie de organismos dónde los productores primarios (plantas)
están

separados de los consumidores (principalmente peces), y los microorganismos omnipresentes

construyen un "puente" entre estos dos grupos principales.

Figure 2. Componentes principales de un sistema acuapónico (basado en Rakocy et al. 2006)

1.2.1 Acuicultura

La acuicultura es la cría en cautividad y la producción de peces y otras especies de animales y

plantas

acuáticas en condiciones controladas (Somerville et al. 2014). La acuicultura se está

convirtiendo en

un suministro cada vez más importante de la proteína para la población mundial, al tiempo
que

disminuye la presión sobre los océanos sobreexplotados. Sin embargo, las técnicas de
acuicultura,

como los sistemas de aguas abiertas, los cultivos en estanques y los sistemas de flujo, liberan
aguas

residuales ricas en nutrientes en el medio ambiente, causando eutrofización e hipoxia en las

masas de

agua. En los sistemas de acuicultura de recirculación (RAS), estas aguas residuales se tratan y
se

reutilizan dentro del sistema. No obstante, estos sistemas consumen mucha energía y generan
mucho

lodo (proveniente de los peces) que se tiene que tratar por separado. Por lo tanto, la
acuaponía

también puede considerarse como una forma de RAS o una extensión de RAS.

16

Figura 3. Los tipos más comunes de sistemas de acuicultura. Para más detalle ver Capítulo 7.

1.2.2 Hidroponía

El desarrollo de la hidroponía se remonta al trabajo del Dr. William Gericke en la Universidad

de

California en 1929 (Gericke 1937). La hidroponía se ha ido expandiendo en las últimas décadas,

principalmente porque permite un aumento de los rendimientos al reducir las plagas y las

enfermedades transmitidas por el suelo (soil-borne diseases), y porque permite manipular las

condiciones de cultivo para satisfacer los requerimientos óptimos de las plantas, al tiempo que
aumenta la eficiencia en el uso del agua y los fertilizantes. También permite el desarrollo de la

agricultura en tierras de baja calidad (Somerville et al. 2014). Sin embargo, el llamado cultivo

hidropónico convencional también tiene sus inconvenientes. Utiliza fertilizantes minerales

costosos,

y a menudo de origen insostenible, para producir cultivos, y consume energía. Los sistemas

hidropónicos requieren una cantidad considerable de macronutrientes (C, H, O, N, P, K, Ca, S,

Mg) y

micronutrientes (Fe, Cl, Mn, B, Zn, Cu, Mo, Ni), que son esenciales para el crecimiento de las
plantas.

Los nutrientes se añaden a las soluciones hidropónicas en forma iónica. C, H y O están

disponibles en

el aire y en el agua. Las concentraciones de nutrientes deben ser monitoreadas. Los sistemas

acuapónicos, por otro lado, utilizan agua rica en residuos de los peces como fuente de
nutrientes para

el crecimiento de las plantas. Sin embargo, la composición de nutrientes del agua no siempre
se ajusta

perfectamente a las necesidades de las plantas. Algunos nutrientes suelen ser deficientes, por
lo que

es necesario añadirlos para ajustar su concentración, por ejemplo, se puede tener que añadir
hierro,

fosfato y potasio (Bittsanszky et al. 2016a). Se explicará más en detalle los nutrientes
necesarios en

los capítulos 5 y 6.

17

1.3 Clasificación de la acuaponía

A veces la delimitación entre la acuaponía y otras tecnologías integradas no es clara. Palm et

al. (2018)

propusieron una nueva definición de acuaponía, dónde la mayoría (> 50%) de los nutrientes
que

sostienen el crecimiento de las plantas deben derivarse de los desechos/residuos originados

por la

alimentación de los organismos acuáticos. Ellos proponen que se distinga entre la acuaponía
en

sentido estricto (sensu stricto) que sólo se aplica a los sistemas con hidroponía y sin el uso de
tierra.
Algunos de los nuevos sistemas integrados de acuicultura que combinan la producción de
peces con

la de algas también entrarían dentro de este concepto. Por otro lado, el término acuaponía en
el

sentido más amplio (aquaponics sensu lato) puede aplicarse a sistemas que incluyen la
horticultura y

técnicas de producción de cultivos que utilizan los procesos de mineralización, tamponamiento

y

función de almacenamiento de nutrientes de los diferentes sustratos, incluyendo el suelo.

Palm et al.

(2018) proponen usar el término "agricultura acuapónica" para estas actividades.

Tabla 2. Una clasificación de la acuaponía de acuerdo con los diferentes principios de diseño
con ejemplos para

cada categoría (adaptado de Maucieri et al. 2018)

Objetivos de

diseño

Categorías Ejemplos

Objetivo o

grupo de

interés

principal

Producción comercial de cultivos ECF Farm

Autoabastecimiento Somerville et al. 2014

Educación Graber et al. 2014

Junge et al. 2014

Empresa social Laidlaw y Magee, 2016

Reverdecimiento y decoración Schnitzler 2013

Tamaño L grande (>1000 m2

) Monsees et al. 2017

M medio (200-1000 m2

) Graber et al. 2014

S pequeño (50-200 m2

) Roof Water Farm

XS muy pequeño (5-50 m2

) Podgrajšek et al. 2014

XXS sistemas micro (<5 m2

) Maucieri et al. 2018

Nozzi et al. 2016

Modo de

funcionamiento

de la parte

acuícola

Extensivo (se permite el uso integrado de

residuo sólido/lodo en las mesas de cultivo)

Graber y Junge 2009

Intensivo (se obliga el uso del lodo residual) Schmautz et al. 2016b

Nozzi et al. 2018

Manejo del

ciclo hídrico

Bucle cerrado (sistemas “acoplados”): el agua

se recircula para acuicultura

Graber y Junge 2009

Monsees et al. 2017

Bucle abierto o fin de tubo (sistemas

“desacoplados”): después de la parte

hidropónica, el agua no se recircula o solo

parcialmente para acuicultura

Monsees et al. 2017

Tipo de agua Agua dulce Schmautz et al. 2016b

Klemenčič y Bulc 2015

Agua salada Nozzi et al. 2016

Tipo de Sistema

hidropónico

Lechos con diferentes sustratos Roosta yAfsharipoor 2012

Buhmann et al. 2015

Sistema inundación-flujo (ebb-flow) Nozzi et al. 2016

18

Bolsas Rafiee and Saad 2010

Riego por goteo Schmautz et al. 2016b

Cultivos con agua profunda (balsas flotantes) Schmautz et al. 2016b

Lámina de agua (nutrient film technique-NFT) Lennard and Leonard 2006

Goddek et al. 2016a

Uso del espacio Horizontal Schmautz et al. 2016b

Klemenčič y Bulc 2015

Vertical Khandaker y Kotzen 2018

La acuaponía puede abordar varios objetivos o involucrar varias partes interesadas, desde la

investigación y el desarrollo, las actividades educativas y sociales, hasta la agricultura de

subsistencia

y la producción de alimentos a escala comercial. Puede implementarse de varias maneras y en

varios

ambientes, como en tierras áridas y contaminadas, producción en patios traseros, agricultura

urbana,

etc. Si bien un sistema puede cumplir simultáneamente varios objetivos, como el

reverdecimiento y

la decoración, la interacción social y la producción de alimentos, normalmente no puede lograr

todos

ellos al mismo tiempo. Para funcionar satisfactoriamente para cada uno de los posibles
objetivos, los

componentes de un sistema tienen que cumplir con requisitos diferentes, a veces

contrapuestos. La

elección de un sistema acuapónico adecuado para una situación particular debe basarse en

evaluaciones realistas (incluyendo un plan de negocios sólido, cuando sea apropiado) y debe
resultar

en una solución a la medida. Si seguimos la clasificación de Maucieri et al. (2018), que clasifica
los

sistemas acuapónicos de acuerdo con varias categorías diferentes (por ejemplo, objetivo,
modo

operativo, tamaño, tipo de sistema hidropónico, etc.), surgen varias opciones distintas para
elegir un
sistema acuapónico adecuado (Tabla 2). Cualquier decisión tiene que ser tomada dentro de los
límites

del presupuesto disponible, aunque es posible construir un sistema a coste bajo.

1.3.1 Clasificación de acuerdo con el modo operativo: extensivo (con uso integrado

de lodo) e intensivo (con separación de lodos)

Una parte del sistema acuapónico es el tanque para los peces, donde se alimenta a los peces y,
a través

de su metabolismo, las heces y el amoníaco se excretan en el agua. Sin embargo, las altas

concentraciones de amoníaco son tóxicas para los peces. A través de las bacterias nitrificantes

ubicados en el agua pero concentrados en el biofiltro, el amoníaco se transforma en nitrito y

luego en

nitrato. Este último es relativamente inofensivo para los peces y es la forma de nitrógeno
preferida

para el cultivo de plantas como las hortalizas. La producción extensiva integra el biofiltro así
como la

eliminación de lodos directamente dentro de la unidad hidropónica, utilizando sustratos que

proporcionan el soporte adecuado para el crecimiento de la biopelícula, como grava, arena y

arcilla

expandida. En la producción intensiva se utiliza un sistema de separación de biofiltro y lodo

por

separado. Ambos métodos operativos tienen sus ventajas y desventajas. Mientras que el uso

integrado de los lodos permite un reciclaje completo de los nutrientes, los aspectos negativos
incluyen

el agua turbia y el bajo rendimiento del biofiltro, que sólo permite una densidad limitada de
peces.

Por otro lado, la separación del lodo y el biofiltro permiten un almacenamiento intensivo de
peces de

hasta 100 o más kg/m3

. Los aspectos positivos incluyen agua clara, menor DBO (demanda bioquímica

19

de oxígeno), menor carga microbiana y rendimiento optimizado del biofiltro. Sin embargo,
estos

sistemas sólo permiten un reciclaje parcial de los nutrientes. Puede ser necesaria una etapa
adicional

de tratamiento de lodos (en el propio lugar o fuera), como la conexión a un biodigestor de

lodos o
vermi-compostaje (Goddek et al. 2016b).

Figura 4: Sistema acuapónica con uso de lodos residuales integrado.

Figura 5: Posible diseño para un sistema acuapónico con un sistema de separación de lodos.

1.3.2 Manejo del ciclo hídrico

Sistemas de bucle cerrado (acoplado): Los sistemas acuapónicos pueden ser construidos y
operados

como un bucle de recirculación, con el flujo de agua moviéndose en ambas direcciones: desde
la

pecera a la unidad hidropónica y viceversa. El agua se recircula constantemente desde el RAS

(acuicultura) a la unidad hidropónica y de vuelta al RAS.

Sistemas de bucle abierto: recientemente se han producido avances hacia el control

independiente

de cada unidad del sistema, principalmente debido a los diferentes requisitos ambientales de
los peces

y las plantas. Estos sistemas, en los que la acuicultura, la hidroponía y, en su caso, la re-
mineralización

del lodo de los residuos de los peces pueden controlarse de forma independiente, se
denominan

sistemas acuapónicos desacoplados (DAPS). Los sistemas acuapónicos desacoplados consisten

en un

20

RAS conectado a la unidad hidropónica (con un depósito adicional) a través de una válvula

unidireccional. El agua se recircula por separado dentro de cada sistema y se suministra a

petición del

RAS a la unidad hidropónica, pero no vuelve a fluir (Goddek et al. 2016a, Monsees et al. 2017).

La Figura 6 muestra una ilustración esquemática de la acuaponía acoplada y desacoplada. En el

sistema acoplado (bucle cerrado), que consiste en un RAS (azul: tanques de crianza,
clarificador y

biofiltro) directamente conectado a la unidad hidropónica (verde: bandejas NFT), el agua

circula

constantemente desde el RAS a la unidad hidropónica y de vuelta al RAS. En el sistema

acuapónico

desacoplado (de circuito abierto) que consiste en un RAS conectado a la unidad hidropónica
(con

depósito adicional) a través de una válvula unidireccional, el agua se recircula por separado
dentro de
cada sistema y el agua se suministra a petición del RAS a la unidad hidropónica, pero no vuelve
al RAS.

Figura 6: Esquema de un sistema acuapónico acoplado (izquierda) y desacoplado (derecha).

1.3.3 Tipos de sistemas hidropónicos usados en acuaponía

Técnica de lámina de agua con nutrientes (Nutrient Film Technique)

En los sistemas de lámina de agua, el agua procedente del tanque con peces se pasa a través
del fondo

de un tubo horizontal de PVC, en una película fina o lámina. Estos tubos tienen agujeros
cortados en

la parte superior, en los que las plantas crecen de tal manera que sus raíces cuelgan dentro del
agua

que fluye en el fondo. Los nutrientes del agua del tanque son absorbidos por las plantas, y
como sus

raíces están sólo parcialmente sumergidas, esto les permite estar en contacto con el oxígeno

atmosférico también.

21

Tabla 3. Ventajas y desventajas de NFT

Ventajas Desventajas

• Flujo de agua constante

• Se requiere un tanque sumidero

pequeño

• Fácil de mantener y limpiar

• Requiere poco volumen de agua

• La infraestructura para hidroponía es

ligera, apropiado para cultivos en

azoteas

• Requiere filtración para prevenir asfixia de raíces

• Material caro

• Menos estable (si hay menos agua)

• Solo adecuado para verduras de hoja y hierbas que

tienen un sistema de raíces más pequeño

• -sensibles a variaciones en temperatura

Figura 7: Nutrient film technique (NFT). Izquierda: esquema de un sistema entero. Derecha:
fotografía de un

sistema (Foto ZHAW)

Lecho con sustrato

Los lechos rellenos de sustrato son el diseño más popular para la acuaponía a pequeña escala.
Estos

diseños utilizan el espacio de manera eficiente, requieren una inversión inicial relativamente
baja y

son adecuados para principiantes debido a su estabilidad y simplicidad. En estos lechos, el

sustrato se

utiliza para sujetar a las raíces de las plantas y funciona como un filtro mecánico y biológico.

Tabla 4. Ventajas y desventajas del lecho con sustrato.

Ventajas Desventajas

- Biofiltración: el medio sirve como sustrato

para las bacterias nitrificantes

- Actúa como un medio filtrante de sólidos

- La mineralización tiene lugar directamente

en el lecho

- El sustrato puede ser colonizado por una

amplia gama de microflora, algunas de las

cuales pueden tener efectos beneficiosos

- Algunos medios e infraestructuras son muy pesados: no

siempre son adecuados para azoteas

- Puede llegar a ser difícil de manejar y relativamente

costoso a gran escala

- El mantenimiento y la limpieza son difíciles

- La obstrucción puede conducir a la canalización del agua,

a una biofiltración ineficiente y, por lo tanto, también a un

suministro ineficiente de nutrientes a las plantas

- El medio puede obstruirse si la densidad de peces excede

la capacidad de carga de los lechos, y esto puede requerir

una filtración adicional

- La evaporación del agua es mayor en los lechos con más

superficie expuesta al sol

22

- Si se aplica el método de inundación y drenaje, el tamaño

es importante, y el tanque del sumidero tiene que ser

grande

Figure 8: Técnica del lecho con sustrato. Izquierda – Esquema general para el sistema
completo. Derecho – Un

ejemplo del sistema en ZHAW Waedenswil (Foto: Robert Junge)

Agua profunda o Cultivo de balsa flotante

La balsa contiene agujeros en los que las plantas crecen en macetas, de tal manera que sus
raíces se

sumergen en el agua. La balsa también puede colocarse para que flote directamente en el
tanque, o

se puede hacer que el agua sea bombeada desde el tanque con peces hasta un sistema de
filtración y

luego a canales que contienen una serie de balsas. Un aireador proporciona oxígeno tanto al
agua del

tanque como a la que contiene la balsa. Como las raíces no tienen un medio al que adherirse,
este

sistema sólo puede utilizarse para cultivar verduras o hierbas frondosas, y no plantas más
grandes. Es

el sistema más popular para fines comerciales, debido a la rapidez y facilidad de la cosecha.

23

Tabla 5. Ventajas y desventajas de cultivo con agua profunda.

Ventajas Desventajas

• Flujo de agua constante

• Sumidero pequeño

• Fácil de mantener y limpiar

• Se requiere un biofiltro separado

• Requiere grandes volúmenes de agua

• Infraestructura hidropónica es pesado

• Es necesario un dispositivo para airear las raíces

Figure 9: Cultivo con agua profunda o balsas flotantes. Izquierda – Dibujo de un sistema
entero. Derecha –

Lechuga creciendo sobre una balsa de poliestireno con las raíces suspendidas en el agua.

1.3.4 Uso del espacio: sistemas horizontales y verticales

La mayoría de los sistemas acuapónicos utilizan tanques o lechos de cultivo horizontales,

emulando el

cultivo tradicional de tierra para producir vegetales. Sin embargo, a lo largo de los años, han
surgido

y evolucionado nuevas tecnologías de cultivo de paredes vivas y verticales que, cuando se

vinculan a

la parte de acuicultura del sistema acuapónico, pueden permitir el cultivo de más plantas en
forma

vertical en lugar de horizontal y, por lo tanto, hacer que los sistemas sean más productivos
(Khandaker

y Kotzen 2018).

Lossistemas horizontalestienen la ventaja de utilizar eficientemente la luz del día, y pueden

funcionar

bien sin iluminación adicional, incluso en invierno. Por lo tanto, tienen un bajo consumo de
energía

eléctrica. El coste de inversión inicial es medio/bajo, especialmente si el precio del terreno es

bajo.

Los sistemas verticales presentan una solución óptima para ahorrar espacio, lo que los hace
muy

adecuados para instalaciones urbanas, ya sea para la decoración o para la producción

hiperlocal de

alimentos. Sin embargo, requieren luz sobre los lechos de cultivo. También requieren menos
bombas

de agua, pero de mayor potencia, lo que se suma a un mayor consumo de energía eléctrica.
Los costos

de inversión inicial también son altos.

1.4 Historia de la acuaponía

El concepto de utilizar los excrementos de los peces para fertilizar las plantas existe desde hace

milenios, y las primeras civilizaciones de Asia y América del Sur utilizaron este método. Los
ejemplos

24
más conocidos son las "islas estacionarias" o chinampas aztecas establecidas en lagos poco
profundos

de América Central (1150-1350 a.C.), y el sistema de acuicultura usando arroz y peces

introducido en

Asia hace unos 1.500 años, y que todavía se utiliza hoy en día. Tanto el sistema de acuicultura
de arroz

y peces como las chinampas fueron incluidos por la FAO en la lista de Sistemas de Patrimonio
Agrícola

de Importancia Mundial (Koohafkan y Altieri 2018).

En Europa, los primeros RAS se remontan a finales de la década de los 70 (Bohl 1977). Al
mismo tiempo

Naegel (1977) ya había probado la integración de la hidroponía con los ciclos de agua y
nutrientes del

RAS. La acuaponía contemporánea en los EE.UU. comenzó con la investigación pionera de

Todd, a la

que se hace referencia en Love et al. (2014), junto con los estudios de Goldman et al. 1974,
Ryther et

al. 1975 de la reutilización de los nutrientes de las aguas residuales para la producción vegetal
y

animal. Antes de los avances tecnológicos de los '80, la mayoría de los intentos de integrar la

hidroponía y la acuicultura tuvieron un éxito limitado. En 1980 y 1990 se produjeron avances

en el

diseño de sistemas, la biofiltración y la identificación de las proporciones óptimas entre peces

y

plantas, que condujeron a la creación de sistemas cerrados que permiten el reciclado del agua
y la

acumulación de nutrientes para el crecimiento de las plantas. Los pioneros de la acuaponía

que

inspiraron a muchos seguidores fueron:

- El Dr. Mark McMurtry (McMurtry et al. 1990) comenzó a trabajar en acuaponía cuando
estaba

en la Universidad Estatal de Carolina del Norte a mediados de los años ochenta y principios

de los noventa. Llamó el método el "Sistema Integrado de AquaVegeculture" (IAVS). Los

actuales sistemas de inundación y drenaje, como los que prefieren los profesionales de la

jardinería, se derivan de este modelo.

- El Dr. James Rakocy diseñó el que quizás sea el diseño más copiado, el sistema acuapónico de
The University of Virgin Islands (UVI) en 1980 (Rakocy et al. 2003; Rakocy et al. 2004). Ha

desarrollado coeficientes y cálculos vitales para maximizar la producción tanto de peces como

de plantas, manteniendo al mismo tiempo un ecosistema equilibrado.

- En Australia, el Dr. Wilson Lennard también ha realizado cálculos clave y planes de

producción

para otros tipos de sistemas (Lennard y Leonard 2004; Lennard y Leonard 2006).

- En Canadá, el Dr. Nick Savidov (Savidov y Brooks 2004) demostró que, cuando se alcanzaban

algunos niveles clave de nutrientes, los sistemas acuapónicos tenían una producción

significativamente superior de tomates y pepinos en comparación con los sistemas

hidropónicos.

Estos avances en la investigación, así como muchos otros, han allanado el camino para varios
grupos

de profesionales y empresas que están empezando a brotar en todo el mundo. Sin embargo, la

investigación en acuaponía no despegó realmente hasta después de 2010 (véase el número

comparativo de publicaciones científicas sobre hidroponía, acuicultura y acuaponía en la figura

10).

Sin embargo, hay una gran diferencia entre lo que el mundo está "hablando" y lo que se está

investigando actualmente. Junge et al. (2017) acuñaron el término 'hype ratio' como indicador
de la

popularidad de un tema en los medios de comunicación públicos en comparación con el

mundo

académico. Se calcula como los resultados de búsqueda en Google divididos por los resultados
de

búsqueda en Google Académico. La acuaponía tiene un 'hype ratio' de más de 1000, que es

significativamente mayor que, por ejemplo, la hidroponía (más de 100) y la acuicultura

(alrededor de

25

20). En este sentido, la acuaponía puede denominarse 'una tecnología emergente' y un tema
científico

emergente.

Figura 10: El número de artículos científicos publicados sobre hydroponic*, aquaculture*, y

aquaponic*‡ desde

1978 hasta 2015 (se recogieron los datos de Scopus el 17 de septiembre de 2016). ‡ Nótese
que la escala para
el eje aquaponic* es dos veces menor que la de hydroponic* o aquaculture* (de Junge et al.
2017).

1.5 Ejemplos de sistemas acuapónicos en el mundo

Existen un abanico enorme de diferentes tipos de sistemas acuapónicos en el mundo en las

diferentes continentes. Se resume algunos sistemas y sus características más importantes

en la Tabla 5.

1.5.1 Europa

Entre los años 2014 y 2018, la Unión Europea financió la acción COST FA1305 "EU

Aquaponics Hub", que supuso la cooperación de los países miembros en la investigación de

los sistemas acuapónicos como tecnología pertinente para la producción sostenible de

pescado y vegetales en la UE. El sitio web de la acción es una muy buena fuente de

información, con enlaces a hojas de datos, publicaciones y vídeos de escuelas de

capacitación. El mismo grupo realizó una encuesta sobre la utilización de la acuaponía en

Europa, subrayando que la mayoría de las unidades son pequeñas y están relacionadas con

la investigación (Villarroel et al., 2017). Se publicó en Google Mapas un mapa de casi todas

las instalaciones de acuaponía conocidas en Europa.

26

Figura 11: Mapa de instalaciones acuapónicas en Europa.

El mapa incluye la ubicación de todos los institutos de investigación (azul) y empresas (rojo)
que

actualmente trabajan en la acuaponía. No puede ser editado directamente, pero los

investigadores y

empresas que quieran ser añadidos pueden enviar sus datos a morris.villarroel@upm.es.
Como se

desprende del mapa, la colaboración de la industria es esencial para que la acuaponía cumpla
su

promesa de ser un sistema viable de producción local de alimentos en la UE. En el mapa

figuran

actualmente 50 centros de investigación y 45 empresas, lo que sugiere un buen equilibrio

entre la

investigación y el desarrollo.

Tabla 6: Resumen de algunos sistemas acuapónicos en el mundo.

Country Purpose y type Fish Plants Author(s)

Australia Research
Backyard system

(ebb-and-flow)

Murray cod Lettuce Lennard y

Leonard 2004

Barbados Research

Backyard system

(ebb-and-flow)

Red Tilapia Basil and okra

(growth medium:

coconut husk)

Connolly y Trebic

2010

United

States

Virgin

Islands

Research

Commercial system

Raft hydroponic

Tilapia Basil, okra Rakocy et al.

2003

China Large commercial

system

(ponds)

Environment for

natural spawning

of native fish

Rice, canna flowers Duncan 2014

Germany,

Berlin

Research,
demonstration,

education

(NFT and NGS*

channels)

Trout Strawberries, pak

choi, mini cucumber,

salads

Roof Water Farm

Hawaii Large commercial

system

Tilapia Salads Kunia Country

Farms

Hungary,

Kaposvar

Social institution

(grow beds, NFT)

Wels catfish Herbs, lettuce,

tomatoes,

strawberries

Passive

Aquaponics

27

Iceland Research

Small commercial

system (grow beds,

raft cultures, NFT

channels)

Tilapia Tomatoes, beans,

lettuce

Thorarinsdottir

2015
Iran Research

Based on UVI Model

Raft, grow beds

Common carp,

grass carp

and silver carp

Tomatoes Roosta y

Afsharipoor 2012

Slovenia,

Naklo

Vocational education

Based on

‘Waedenswil’ model

(grow beds, raft

cultures, NFT

channels)

Carp Salads Podgrajšek et al.

2014

United

Arab

Emirates

Large commercial

system

Raft hydroponic

Tilapia,

barramundi

Salads Smith 2015

Vietnam Research

Backyard system

(grow beds)

Tilapia Canna flowers, water

spinach, salads

Trang y Brix 2014

* New growing system: www.ngsystem.com

Islandia: El sistema acuapónico de Svinna-verkfraedi Ltd consiste en tres tanques de peces de 4

m3

un filtro tambor, un biofiltro, un tanque de sumidero y canales NFT. La parte hidropónica se ha

utilizado para cultivar tomates, alubias y lechuga. La empresa está probando diferentes
sistemas

hidropónicos (lechos de cultivo, cultivos en balsa, canales NFT), y recientemente ha añadido

cangrejos

de río al sistema para hacer uso de los lodos de las peceras (Thorarinsdottir 2015).

Hungría: La empresa húngara Passive Aquaponics construyó una casa de aquaponía pasiva en
la

empresa social "Asociación de discapacitados del condado de Somogy". La casa se calienta con
gas

(70%) combinado con un calentador de abono (30%). El bagre de Wels (Silurus glanis) se cría
en

pequeños tanques. Las unidades hidropónicas, llenas de arcilla expandida, se utilizan para
cultivar

hierbas (albahaca, menta), lechuga, tomates, pimientos, fresas e incluso plantas de plátano.

Alemania: La Granja Azotea de Agua (Roof Water Farm) en Berlín es un proyecto de

demostración

para la gestión innovadora de las aguas urbanas y la producción de alimentos. Se centra en un

uso

higiénicamente seguro del agua de lluvia, de las aguas grises y de las aguas negras, combinado
con

tecnologías descentralizadas de tratamiento del agua, para la producción de alimentos

acuapónicos e

hidropónicos.

28

Figure 12: Izquierda: – Roof Water Farm (Foto: Grit Bürgow). Derecha – Centro educativo
agrícola Strickhof

(Foto: Roger Bolt)

Suiza: En el centro de enseñanza agrícola de Strickhof, en el cantón de Zurich, construyó un

sistema
acuapónico experimental en 2012, principalmente con fines educativos. Construido en la parte

posterior de un antiguo invernadero en una superficie de aproximadamente 36 m2

, consta de una

pecera de 3 m3

, cinco canales NFT y dos mesas de inundación y flujo.

1.5.2 Asia

China: Hasta donde sabemos, el mayor sistema acuapónico jamás construido está en el Lago
Taihu. El

lago tiene una industria de acuicultura importante, que causó la eutrofización y por lo tanto
problemas

con blooms de algas. Esta situación impulsó a los investigadores a buscar nuevas soluciones.

Decidieron probar una tecnología llamada Aqua Biofilter, que está diseñada para eliminar los

nutrientes que causan las blooms de algas. Esto dio como resultado un sistema acuapónico
que cubre

1.6 hectáreas y se utiliza para cultivar arroz en estanques de peces (Duncan 2014).

Vietnam: Trang y Brix (2014) construyeron un sistema acuapónico en el delta del Mekong, que
es una

de las zonas de acuicultura más productivas de Vietnam. Construyeron tres sistemas

acuapónicos

integrados y cerrados a escala piloto al aire libre (3 x aprox. 2 m3

), y demostraron que éstos pueden

proporcionar un importante ahorro de agua y permitir el reciclado de nutrientes en

comparación con

los estanques de peces tradicionales, además de aportar beneficios adicionales a los

piscicultores.

Irán: Se diseñó un sistema acuapónico experimental en la Universidad Vali-e-Asr de Rafsanjan

basado

en el modelo UVI para investigar los efectos de las aplicaciones foliares de algunos micro y

macronutrientes en el crecimiento y el rendimiento del tomate en comparación con un

sistema

hidropónico. El sistema acuapónico consiste en tres unidades acuapónicas idénticas y

separadas. Cada

unidad tiene un tanque para la cría de peces, un clarificador, un tanque de filtrado, un tanque
de

desgasificación y una unidad de lecho de crecimiento de plantas (Roosta y Afsharipoor 2012).

29

Emiratos Árabes Unidos: A finales de 2013 uno de los mayores sistemas acuapónicos
comerciales del

mundo fue construido por Paul Van der Werf del Grupo Earthan de Queensland. La granja
consiste en

un cobertizo de 4.500 m2

que produce alrededor de 40 toneladas de tilapia. La instalación también

está pilotando un programa de cría de barramundis juveniles. Los sistemas utilizan las aguas
residuales

de un fabricante de alimentos cercano, que de otro modo serían vertidas en el desierto. La

única

vulnerabilidad del sistema es que sin enfriamiento por evaporación, las temperaturas en el

invernadero pueden alcanzar los 68°C (Smith 2015).

1.5.3 Las Américas

Barbados: tiene un clima oceánico tropical con poca variación de temperatura (aprox. 20-32
°C)

debido a los refrescantes vientos alisios del este del Océano Atlántico. En 2009 se construyó un

sistema acuapónico experimental con un volumen aproximado de 6m3

con el fin de obtener

parámetros para mejorar el sistema, y hacer recomendaciones de gestión con el objetivo de

optimizar

los resultados de la biomasa de peces y plantas (Connolly y Trebic 2010).

Islas Vírgenes de los Estados Unidos: El sistema acuapónico a escala comercial de la

Universidad de

las Islas Vírgenes (UVI) se ha convertido en el modelo de muchos sistemas posteriores. El

sistema

acuapónico tuvo un buen rendimiento durante un período sostenido de tiempo, y produjo

tilapia de

manera continua durante 4 años. Durante ese tiempo, se realizaron dos ensayos para evaluar
la

producción de albahaca y quimbombó, que resultó ser muy superior a la producción de campo
de

control (Rakocy et al. 2003).

Hawái: Kunia Country Farms comenzó a funcionar en 2010, y es ahora una de las mayores
granjas
acuapónicas y productora de verduras de hoja en el estado de Hawái. Su sistema está
compuesto por

tres acuarios que contienen tilapia, 18 lechos de cultivo (cultivo en aguas profundas con balsas
de

poliestireno) y un tanque de sumidero. Cada lecho de cultivo puede albergar entre 1650 y
3300

plantas. Todo el sistema tiene un volumen de agua de aproximadamente 380 m3

. Dado que las

necesidades eléctricas del sistema son bajas, pero aún muy costosas en Hawái, planean
construir un

sistema fotovoltaico de 20 kW que generará suficiente energía solar para hacer que la granja
sea

neutra para la red eléctrica.

1.5.4 Australia

Lennard y Leonard 2004 utilizaron el bacalao de Murray (Maccullochella peelii peelii) y la

lechuga

(Lactuca sativa) para probar las diferencias entre dos regímenes de inundación acuapónica: a)
flujo

recíproco, y b) flujo constante. Su sistema experimental consistía en 12 unidades acuapónicas

separadas e idénticas. Cada unidad tenía una pecera, un biofiltro y un lecho de cultivo
hidropónico.

30

Ambos sistemas funcionaron bien, pero el sistema de flujo constante mostró mejores
resultados en

cuanto al rendimiento de la lechuga.