Los sistemas comúnmente contienen agua fresca, pero los sistemas de agua salada también son factibles dependiendo del tipo de animal acuático y del tipo de plantas. La ciencia de la acuaponía está en etapas tempranas.

 

Función

 

La acuaponía consiste de dos partes principales: la acuicultura para criar animales acuáticos y la hidroponía para cultivar plantas. Los desechos acuáticos resultantes de alimentos no comidos o por criar animales como peces, se acumulan en el agua por el sistema cerrado de recirculación de la mayoría de los sistemas de acuicultura. Las aguas de descarga ricas en efluentes y en altas concentraciones pueden ser tóxicas para los animales acuáticos, pero éstos (efluentes) son nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Aunque primordialmente consiste de dos partes, los sistemas de acuaponía son comúnmente agrupados en diferentes componentes o subsistemas responsables de la remoción efectiva de desechos sólidos, de añadir químicos base para la neutralización de ácidos, ó de mantener el agua aireada y con oxígeno. Los componentes típicos incluyen:

 

• Tanque de crianza: el tanque donde crecen y se alimentan los peces;

• Remoción de sólidos: una unidad para quitar los alimentos no comidos y la biopelícula desprendida, y para sedimentos finos;

• Bio-filtro: un lugar donde la bacteria de nitrificación puede 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;

• Sump: el punto más bajo del sistema donde el agua fluye y es bombeado de regreso a los tanques de crianza.

 

Dependiendo en la sofisticación y costo del sistema acuapónico, las unidades de remoción de sólidos, la biofiltración y/o los subsistemas hidropónicos puede que sean combinados en una unidad o subsistema, lo que evita que el agua fluya directamente de la sección de acuicultura a la sección del sistema de hidroponía.

 

Nitrificación

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La nitrificación, la conversión aeróbica de amoniaco a nitratos, 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 en el agua por excreción y branquias del pez como un producto de su metabolismo, pero la mayoría debe ser filtrado del agua puesto que grandes concentraciones de amoniaco (comúnmente entre 0.5 y 1 ppm) puede matar al pez. Aunque las plantas, hasta cierto grado, pueden absorber amoniaco del agua, los nitratos son más fácilmente asimilados, así eficazmente reduciendo la toxicidad del agua para los peces. El amoniaco puede ser convertido en otros componentes nitrógenos a través de poblaciones saludables de:

 

• Nitrosomonas: bacteria que convierte amoniaco en nitratos, 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 que estén en constante contacto con el agua. Las raíces sumergidas de los vegetales combinadas tienen un área grande de superficie, permitiendo que muchas bacterias se acumulen ahí. Junto con la salinidad del amoniaco y los nitratos del agua, el área de la superficie determina la velocidad con la que la nitrificación se lleva a cabo. El cuidado de estas colonias de bacterias es importante para 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. Típicamente, después de que un sistema haya estabilizado los niveles de amoniaco en un rango entre 0.25 a 2.0 ppm; el rango del nivel de nitrato entre 0.25 a 1 ppm, y niveles de nitrato entre 2 a 150 ppm. Puede que durante la iniciación del sistema, la presencia de mayores concentraciones en los niveles de amoniaco (hasta 6.0 ppm) y de nitrato (hasta 15ppm) ocurra con los niveles de nitrato alcanzados posteriormente durante la fase de inicio. Puesto que el proceso de nitrificación acidifica el agua, bases no-sódicas como lo es el hidróxido de potasio o el hidróxido de calcio pueden ser añadidas para neutralizar el pH del agua si es que cantidades insuficientes están presentes en el agua para proveer un colchón contra la acidificación. Además, nutrientes y minerales selectos como lo es el hierro pueden ser añadidos en suma a los desechos de los peces que sirve como la principal fuente de nutrición a las plantas.

 

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

 

Subsistemas hidropónicos

 

Las plantas son cultivadas como en sistemas hidropónicos con sus raíces inmersas en el agua afluente que está llena de nutrientes. Esto les permite filtrar el amoniaco que es tóxico para los animales acuáticos o sus metabolitos. Después que el agua haya pasado por el subsistema hidropónico, es limpiada y oxigenada, y puede regresar a los vasos acuicultores, éste ciclo es continuo. Aplicaciones acuapónicas comunes de sistemas hidropónicos incluyen:

 

• Balsa acuapónica de aguas más profundas: balsas de poliestireno extruido 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. Este tipo de acuaponía también se le conoce como "acuaponía de circuito cerrado".

• Acuaponía recíproca: la materia sólida en un contenedor que es alternamente inundado y vaciado utilizando diferentes tipos de sifones de desagüe. Este tipo de acuaponía también es conocido como "acuaponía de inundación y drenaje" o "acuaponía de flujo y reflujo".

• Otros sistemas usan torres que se alimentan en una forma vertical, de arriba a abajo, canales de técnica de película nutriente, tubería plástica (PVC) horizontal con hoyos para las macetas, barriles plásticos cortados a la mitad con gravas o con balsas. Cada forma tiene sus propios beneficios.

 

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 hierbas. Ya que las plantas en diferentes etapas de su crecimiento requieren de diferentes minerales y nutrientes, la cosecha de plantas es intercalada con crecidos/cultivos tiernos al mismo tiempo que plantas maduras. Con esto se asegura de que haya un contenido estable de nutrientes en el agua por la continua limpieza simbiótica de toxinas del agua.

 

Sistemas de acuicultura

 

Los peces de agua dulce son los animales acuáticos que se crían más comúnmente utilizando acuaponía, aunque también pueden emplearse cangrejos de río y langostinos. En la práctica, la tilapia es el pez más popular para proyectos caseros y comerciales para el consumo alimenticio, aunque también se usa el barramundi, perca plateada Bidyanus bidyanus, Tandanus tandanus o el pez gato tandanus (siluriformes), perca jade y Maccullochella peelii peelii (Murray cód.) también se usan. Para climas templados cuando no hay necesidad de 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.

 

Operaciones normales

 

Los sistemas acuapónicos generalmente no descargan o intercambian agua bajo operaciones normales, pero en primer lugar, recirculan y reutilizan el agua muy eficazmente. El sistema se apoya en la relación entre los animales y las plantas para mantener un medioambiente acuático estable que viva un mínimo de fluctuación en niveles de oxígeno y ambiente nutriente. Se añade agua solo para rellenar la pérdida de agua a causa de la absorción y transpiración de las plantas, y por la evaporación del agua superficial, por el desbordamiento del sistema a causa de la lluvia y la remoción de biomasa como lo es el desecho sólido del sistema. Como resultado, la acuaponía utiliza aproximadamente 2% del agua que una granja convencional requiere para irrigar para la misma producción de vegetales. Esto permite la producción acuapónica de ambas: cosecha y pescado en áreas donde el agua o tierra fértil son escasas. Los sistemas acuapónicos también pueden ser usados para replicar las condiciones controladas de tierras aguadas (Wetland) que son útiles para tratamiento de agua al reclamar el agua potable del agua de desecho común de casa. El agua llena de 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 rellenar a tope el nivel de agua.

 

Las tres entradas principales al sistema son: agua, alimentación dada a los animales acuáticos, y la electricidad para bombear el agua entre los subsistemas de acuicultura y los sistemas de hidroponía. Se puede añadir freza para reemplazar los peces ya crecidos que van a ser sacados del sistema para mantenerlo estable. En términos de resultados, un sistema acuapónico ha de brindar continuamente plantas como vegetales crecidos en hidroponía y especies de animales acuáticos comestibles criados en acuicultura.​