Sistemas de acuaponía vertical: ventajas y desventajas

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Los sistemas de acuaponía vertical han demostrado ser una alternativa a la agricultura urbana; debido a que permite una producción intensiva de alimentos frescos y de alta calidad, en espacios reducidos.

Actualmente la mayoría de los centros urbanos demandan la búsqueda de alternativas de cultivo dadas las limitaciones de espacio para la práctica agrícola; con el fin de producir la mayor cantidad de alimentos en el menor espacio posible.

Cabe destacar que la mayoría de los sistemas acuapónicos utilizan lechos de cultivo horizontales, necesitando un área considerable para el desarrollo de las plantas.

Sin embargo, en años recientes la acuaponía vertical ha surgido como una opción para aprovechar mejor el espacio; puesto que utiliza áreas que normalmente no se usan en unidades de producción o en invernaderos.

En términos generales, los sistemas acuapónicos verticales tienen la capacidad de producir más alimentos por metro cuadrado; además, se vislumbran como una vía para mantener la seguridad alimentaria y fomentar la agricultura urbana sostenible.

Características de un sistema acuapónico vertical (SAV)

Al igual que su contraparte horizontal los sistemas acuapónicos verticales están conformados por un componente acuícola (peces u otros organismos acuáticos); y uno hidropónico (plantas que crecen sin suelo).

No obstante, la característica principal de estos sistemas es que el componente hidropónico puede desarrollarse en columnas o pilas; por lo tanto, requiere menos espacio que en la acuaponía tradicional horizontal.

Básicamente, el agua rica en nutrientes proveniente de los tanques de peces es bombeada para alcanzar la altura de las columnas; luego, por gravedad se distribuye a los pisos inferiores, regresando nuevamente a los tanques de peces ya limpia.

Dibujo de flujo del agua en un sistema acuapónico vertical
Flujo del agua en un sistema acuapónico vertical. https://www.instructables.com/Aquaponics-Minimal-Apartment-DIY/

En algunos casos se requiere de un filtro para remover los residuos sólidos del agua antes de llegar a las plantas; a fin de prevenir que se asfixien las raíces.

Ahora bien, si el sistema empleado es el de camas de cultivo que utiliza un sustrato como medio de soporte de las plantas; por lo general no se requiere filtración adicional.

Ventajas de un SAV

Espacio

  • Requiere menos espacio horizontal, siendo de interés particular en las zonas urbanas donde el espacio es costoso.
  • Tienen la capacidad de producir más alimentos por metro cuadrado generando una mayor rentabilidad y sostenibilidad.

Recursos

  • Es posible reutilizar el agua que no es absorbida por las raíces de las plantas, para el cultivo de los peces, ahorrando el recurso.
  • Constituye un ahorro en abono y fertilizante, ya que se utiliza el agua con nutrientes proveniente de los peces.
  • Los alimentos obtenidos son saludables, al no haber tierra se reduce el riesgo de plagas y con ello el uso de herbicidas.

Versátil

  • El componente hidropónico vertical puede cultivarse en diferentes formas y tener desde dos niveles hasta varios pisos de altura.
  • Se pueden colocar en cualquier lugar, incluso en el hogar, al no necesitar un lugar específico en el suelo.

Un sistema acuapónico horizontal puede producir 32 plantas por m2, dependiendo de la especie de vegetal; mientras que usando el sistema de paredes vivas se pueden producir 98 plantas por m2.

Desventajas de un SAV

  • Obstrucción y reducción de los caudales de agua en las hileras verticales por el biofouling (ensuciamiento) que puede privar de agua a las plantas; de manera que es necesario un lavado rutinario a presión de los componentes del sistema para evitarlo.
  • Se requiere un bombeo adicional para elevar el agua a la parte superior de los sistemas acuapónicos verticales.
  • Disminución de la luz natural desde la parte superior del sistema hacia la inferior; por lo que se necesitará iluminación artificial para compensar estas pérdidas.
  • Menor peso de la planta como resultado de los gradientes en la disponibilidad de nutrientes y la intensidad de la luz.
  • Dificultad para cosechar las plantas, debido a la altura.

Tipos de acuaponía vertical

Hay que aclarar que existen muchos diseños diferentes de sistemas acuapónicos verticales, pero estas diferencias se basan principalmente en el diseño del cultivo hidropónico.

Sistemas de acuaponía tradicional verticales

Por lo general, se pueden formar pilas o columnas con los mismos sistemas empleados en la acuaponía horizontal, tales como:

  • Balsas flotantes.
  • Camas de sustrato.
  • NFT.

Aunque estos sistemas podrían apilarse tan alto como lo permita el invernadero o la unidad de producción; no obstante, es necesario proporcionar una iluminación suplementaria para los lechos inferiores y contar con elevadores para el momento de la cosecha.

Más recientemente, los sistemas de acuaponía vertical utilizan otros métodos hidropónicos para el crecimiento vertical de las plantas; como las torres de cultivo y las paredes vivas.

litera compuesta de sistema acuapónico vertical de balsas flotantes
Sistema acuapónico vertical de balsas flotantes

Torres de cultivo

Las torres de cultivo son tubos verticales, generalmente de PVC, con agujeros cortados en los lados donde se insertan las plantas.

Sistema acuapónico vertical en torres

Luego, el agua proveniente de los tanques de peces se difunde desde la parte superior del tubo, generalmente a través de un emisor de goteo, creando una "lluvia" dentro de la torre.

Así estas torres o columnas pueden ser huecas o estar llenas de un sustrato que proporciona apoyo a las raíces y ayuda a la dispersión del agua; pero, el sustrato debe lavarse con más frecuencia debido a la obstrucción por partículas suspendidas en el agua.

Algunos de los beneficios de la producción en una torre viva son:

  • Producción continua en interiores durante todo el año.
  • Costos de transporte muy bajos.
  • Poca susceptibilidad a enfermedades.
  • Reciclaje completo del agua.

Macetas apiladas

Una variación de las torres de cultivo es el sistema de macetas apiladas para el cultivo hidropónico; con las siguientes características:

Las macetas

  • Son recipientes que pueden ser de barro, plástico, u otro material impermeable.
  • Proporciona aislamiento para mejorar el crecimiento de las raíces.
  • Pueden apilarse hasta diez macetas de altura.

Diseño

En algunos diseños las macetas están montadas en placas de rotación sobre un elevador de PVC; así pueden girar fácilmente para recibir la luz.

Por otro lado, los sistemas de macetas apiladas son más adecuados para cultivar plantas grandes y pesadas como los frutales.

Sistema hidropónico vertical en macetas

Paredes vivas

Las paredes vivas o muros vivos son otro tipo de cultivo vertical de plantas; por ello es utilizado a menudo en edificios en áreas urbanas con fines de ahorro energético (enfriamiento, sombra).

Asimismo, estos sistemas pueden incluir plantas trepadoras o plantas que se colocan en paneles perforados o fieltro geotextil; con el fin de apoyar la vegetación.

sistema acuapónico vertical utilizando paredes vivas
Sistema acuapónico vertical utilizando paredes vivas. Tomada de https://www.plantsonwalls.com/vertical-vegetable-aquaponics/

Los mejores sustratos para la acuaponía vertical

En la acuaponía horizontal no hay necesidad de un medio basado en suelo, ya que el sistema es hidropónico; pero en la acuaponía vertical es necesario suministrar un sustrato para el establecimiento de la planta y mantener la humedad.

Por esta razón es importante escoger un medio apropiado; debido a que se corre el riesgo que algunos medios puedan aportar químicos o elementos tóxicos para los peces.

Entre los medios inertes más empleados en la acuaponía encontramos:

  • Lana mineral.
  • Perlita.
  • Vermiculita.
  • Fibra de coco.
  • Paja.

Escogiendo el mejor sustrato

En un estudio realizado en la Universidad de Greenwich, Londres; a fin de encontrar el mejor sustrato en el cultivo de plantas comestibles con acuaponía vertical, se utilizó el sistema de las paredes vivas.

Pared viva

En un primer experimento se empleó un panel de pared viva llamado “Terapia Urbana” que utiliza:

  • Un tejido geotextil compuesto de tres capas de material sintético y orgánico.
  • Con bolsillos del mismo material para la inserción de las plantas.
Plantas usadas

El panel de geotextil se fijó a un muro exterior y se plantó con siete plantas diferentes: espinaca, albahaca, achicoria, espárrago, lechuga, menta y tomate.

Medios de cultivo

Se usaron siete medios de cultivo diferentes: lana mineral de calidad hortícola, vermiculita, carbón vegetal, fibra de coco, musgo; así como algas cultivadas en estanques y paja.

El agua

El agua fue bombeada desde un tanque de acuaponía con nutrientes hidropónicos añadidos hasta un tubo de riego por goteo, adaptado a la parte posterior del panel; para llevar el agua al sustrato y las raíces de las plantas.

Posteriormente, el exceso de agua goteaba desde la parte inferior del panel de la pared viviente a una canaleta; luego, volvía al tanque de agua.

Como puede observarse en la figura 7, la lana mineral y la vermiculita resultaron ser los mejores sustratos; lo que se tradujo en un mayor rendimiento y un mejor crecimiento de las raíces.

Gráfico de crecimiento vegetal (cm) de plantas en diferentes medios de crecimiento
Crecimiento vegetal (cm) de plantas en diferentes medios de crecimiento utilizando el sistema de paredes vivas con geotextil (Adaptado de Khandaker y Kotzen, 2018).

Sin embargo, el principal problema de este tipo de muro viviente fue que las raíces de las plantas crecían dentro del geotextil, lo que dificultaba la cosecha; por lo que se planteó el uso de macetas para el cultivo de las plantas.

Macetas individuales con albahaca

En un segundo experimento se utilizó un sistema de macetas individuales fijadas a un panel de malla de refuerzo de acero inoxidable; con cinco filas horizontales y ocho columnas verticales de macetas.

El objetivo fue evaluar el desarrollo de las plantas y cómo las raíces interactúan con el medio y el recipiente de cultivo; a fin de facilitar el manejo (siembra, muestreo y cosecha).

Así, sólo se utilizó una planta (albahaca) en todo el muro vivo; para las columnas verticales se utilizaron diferentes medios de cultivo: dos columnas de hidroleca, vermiculita, lana mineral de calidad hortícola y fibra de coco.

Con el objetivo de regar se utilizó un tubo para suministrar agua rica en nutrientes a la hilera superior de macetas; luego, el agua fluía a través de cada maceta hasta la inferior por medio de un pequeño tubo de riego con agujeros situado en la parte inferior de cada maceta.

Macetas individuales con achicoria

En un tercer experimento se utilizó el mismo sistema de macetas; pero con otra planta (achicoria) plantada en dos columnas con hidroleca, vermiculita, lana mineral de grado hortícola y fibra de coco.

De los experimentos segundo y tercero se concluyó que el cultivo en macetas facilitó la extracción de las plantas con sus raíces; asimismo, los mejores crecimientos de la albahaca y la achicoria se obtuvieron en la fibra de coco y la lana mineral.

Plantas ideales para acuaponía vertical

Las plantas más adecuadas para usar en un sistema vertical son aquellas de poco peso, como los vegetales de hojas verdes; debido a que las estructuras verticales pueden no soportar el peso de plantas más grandes.

Algunas de las más empleadas son:

  • Lechuga.
  • Espinaca.
  • Acelga.
  • Albahaca.
  • Perejil.
  • Fresa.

Por otro lado, algunas empresas como Grow with the Flow aquaponics en Denton, Nebraska, utilizan torres hechas de macetas apiladas; con el fin de cultivar vegetales más grandes como tomates y pepinos.

Productividad de la acuaponía vertical vs horizontal

La combinación del cultivo vertical de plantas y la cría de peces en un sistema acuapónico permiten cultivar más plantas en comparación con los lechos horizontales; por ende los sistemas son más productivos.

De hecho, estudios comparativos muestran una mayor productividad en los sistemas verticales; en lo que respecta a la relación superficie de suelo ocupada y rendimiento de la planta.

Economía del espacio

Para la acuaponía horizontal, utilizando el sistema de balsas flotantes, la relación entre tanques de peces: filtros: área de plantas es 2: 1: 5; de esta forma el área de las plantas ocupa cerca de la mitad del espacio de producción.

En cambio, con la acuaponía vertical puede reducirse el área ocupada por las plantas, aprovechando mejor el espacio haciéndola aún más sostenible; ya que se pueden cultivar más plantas por metro cuadrado en comparación con la horizontal.

Mayor número de plantas por m2

Por ejemplo, en el sistema de paredes vivas de Terapia Urbana en España, se pueden cultivar 98 plantas/m2 utilizando ambos lados de las paredes; mientras que en las camas de cultivo horizontal solo se pueden producir aproximadamente 42 plantas/m2.

No obstante, si se desea comparar ambos sistemas en cuanto a la cantidad plantas/m2, debe tenerse en cuenta aspectos como:

  • El espacio entre las hileras de cultivo.
  • Las vías de acceso de las personas para procedimientos de siembra, cosecha, limpieza, etc.

Rendimiento de acuaponía vertical vs horizontal

En un estudio realizado en la Universidad de Lancaster en Reino Unido se comparó el rendimiento de un sistema hidropónico horizontal con uno vertical; para ello se utilizó columnas cilíndricas verticales para el cultivo de lechugas Lactuca sativa.

Así, estos sistemas presentaban la siguiente conformación:

  • Horizontal:
    • Compuesto por 5 tubos de PVC colocados en paralelo sobre mesas a 90 cm del suelo.
    • Ocupó 0,4 m2 de área de piso.
  • Vertical:
    • Incluyó una columna cilíndrica con 5 recipientes de cultivo uno encima de otro.
    • Ocupando 0,02 m2 de área de piso.

Asimismo, en ambos sistemas se empleó la perlita como medio de crecimiento de las plantas y se estimó un volumen similar de crecimiento de la raíz y densidad de siembra; de igual forma el cultivo se realizó en una sala de interior con ambiente controlado, proporcionando iluminación artificial con lámparas de halógeno.

También se aplicó una solución nutritiva por medio de microaspersores durante 1 minuto cada hora; posteriormente, los efluentes fueron regresados al tanque con solución nutritiva para ser reutilizados, empleando una bomba de acuario.

¿Cuál es más productivo?

La productividad obtenida en los dos sistemas se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1. Comparación de la productividad del sistema de cultivo vertical (CV) y el sistema de cultivo horizontal (CH).

Parámetro Cultivo horizontal (CH) Cultivo vertical (CV) Resultados
Peso fresco del tallo (g) (Media ± Error estándar) 138 ± 6 (n= 40) 95 ± 6 (n= 40) P< 0,001 *
Producción por área de piso ocupada (Kg de peso fresco/m2) 6,9 95 CV/CH = 13,8
Número de plantas por área de piso ocupada (No. de plantas/m2) 50 1000 CV/CH =20
* Diferencias significativas según el t-student.  (Adaptado de Touliatos et al. 2016).
Cultivo vertical más productivo

El peso fresco (g) para cultivos de lechuga dentro del CH fue significativamente mayor que los cultivados en CV; sin embargo, el CV produjo 13,8 veces más cosechas que el CH calculado como una relación entre el rendimiento (kg de peso fresco) y la superficie de piso ocupada (m2).

Igualmente, el CV arrojo una mayor productividad debido a un mayor número de plantas por área de piso (20 veces más alto).

En resumen, se encontró que aunque el peso fresco de cosecha disminuyó significativamente en el sistema vertical desde arriba a la base; por consiguiente este sistema produjo más cultivos por unidad de área de piso en comparación con el horizontal.

Recomendaciones finales para una acuaponía vertical exitosa

Condiciones

  • Iluminación homogénea en toda la columna, bien sea natural o artificial.
  • Deben ser ubicados en interiores para evitar la influencia del viento y el clima, lo que puede afectar la producción.
  • Ventilación en invernaderos, disponiendo de las unidades de cultivo para que el aire fluya libremente entre ellas.

El agua

  • Asegurar un flujo constante de agua rica en nutrientes.
  • En casos de utilizar el sistema NFT, es necesario la filtración adicional del agua antes de entrar al cultivo vegetal; para evitar obstrucciones de las raíces.

Medio de crecimiento

  • El medio para el crecimiento de las plantas debe permitir que fluya suficiente agua de vuelta a los peces.
  • Escoger un medio inerte apropiado como fibra de coco y lana mineral para que las raíces de las plantas se establezcan fácilmente.
  • El recipiente en el que crecerán las plantas debe ser impermeable a las raíces para permitir una fácil extracción de la planta; y fácil eliminación de las raíces.

¿Es viable la acuaponía vertical?

Los resultados de los estudios experimentales sugieren que la acuaponía vertical es:

  • Un sistema
  • Se pueden cultivar más plantas en menos espacio.
  • Es más económica y sostenible que la acuaponía convencional.

Sin embargo, los estudios indican que las paredes vivas con geotextiles tal vez no sean el tipo de sistema más adecuado para utilizar en la acuaponía vertical; debido a los problemas encontrados con los rendimientos desiguales y las dificultades para cosechar las plantas.

Además, se pone en evidencia la necesidad de luz artificial para una mejor distribución lumínica en todos los niveles del cultivo; así como para la obtención de mayores rendimientos.

Estos aspectos indican que antes de embarcarse en la acuaponía vertical es necesario realizar cuidadosos análisis de coste-beneficio; de forma que sopesen los beneficios de los rendimientos potencialmente más altos, frente a los costes adicionales de electricidad por concepto de bombeo e iluminación.

Compiladora: MSc. en Ciencias Marinas. Trinidad Urbano

Referencias consultadas

Junge, R.; Antenen, N.; Villarroel, M.; Griessler, T.; Ovca, A.; Milliken, S. (Eds.) (2020). Acuaponía: Libro de Texto para la Enseñanza Superior. Zenodo. http:// doi.org/10.5281/zenodo.3948824

Khandaker, M.; Kotzen, B. 2018. The potential for combining living wall and vertical farming systems with aquaponics with special emphasis on substrates. Aquaculture Research 00:1–15. https://doi.org/10.1111/are.13601

Pattillo, D. 2017. "An Overview of Aquaponic Systems: Hydroponic Components". NCRAC Technical Bulletin, 19. http://lib.dr.iastate.edu/ncrac_techbulletins/19

Touliatos, D.; Dodd, I.; McAinsh, M. 2016. Vertical farming increases lettuce yield per unit area compared to conventional horizontal hydroponics. Food Energy Secur. 5 (3): 184-191.  https://doi.org/10.1002/fes3.83. PubMed

Yep, B.; Zheng, Y. 2019. Aquaponic trends and challenges e A review. Journal of Cleaner Production, 228:1586-99.

NOTA: Agropedia es una herramienta de Agrotendencia TV para la producción y difusión de conocimiento técnico-agrícola especializado enfocado a optimizar el uso de los recursos y mejorar significativamente el manejo de los sistemas de producción en América Latina. Puedes acceder a la información más actualizada sobre la agricultura en el mundo a traves  de nuestro portal web: Agrotendencia.tv

Hombre entre pasillo de cultivos verticales bajo sistema de acuaponía vertical
Mujer observando cultivo bajo sistema de acuaponía vertical
Hombre seleccionando lechugas sembradas bajo sistema de acuaponía vertical
Pared de tubos pvc sembrados de lechuga bajo sistema de acuaponía vertical
Hombre fertilizando plantas sembradas bajo sistema de acuaponía vertical
persona revisando cultivos en macetas verticales bajo sistema de acuaponía vertical
Estantes verticales con cultivos bajo sistema de acuaponía vertical
cultivo vertical bajo sistema de acuaponía vertical
Estantes verticales con cultivo de lechuga sembrada bajo sistema de acuaponía vertical
Estante con bandejas sembradas con cultivos bajo enfoque de acuaponía vertical
Tubos de pvc verticales sembrados con cultivos bajo enfoque de acuaponía vertical
Diferentes plantas que son ideales para la acuaponía vertical
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