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¿Cómo producir más y más con recursos limitados?

La humanidad no lo hecho bien en el último siglo, resuena y se lee en muchos lados; hemos contaminado, sobreutilizado y desdeñado el planeta a nivel general, ¡Todos lo sabemos! Pero, nuestra intención no es abrumarte, sino que obtengas de aquí nuevos conocimientos y motivación para formarte una personalidad de humano responsable. Queremos que sepas que, las pequeñas acciones hacen la diferencia, y que seas uno más del equipo AFO.


¿Qué tal empezar con predicciones, para así valorar más las soluciones?


¿Nutrientes?

Primeramente, la oferta y la demanda de alimentos nunca se ha equiparado. En los últimos 25 años la población mundial aumentó un 90 %, y alcanzamos a 2020 la suma de 7800 millones de personas con mayor prosperidad económica, que demandan cada vez más, productos con mayor cantidad de proteína animal. Esta tendencia crea más presiones en las cadenas de suministro , ya que los sistemas de producción de animales generalmente requieren desproporcionadamente más recursos, tanto en consumo de agua como en insumos de alimento. Por otro lado, la oferta de alimentos se ha visto al alza un 30 % más que el aumento de la población, con una problemática enorme de pérdidas en la logística y postcosecha.

Hay más cosechas, a costa de mayor impacto a los ecosistemas, las cuales se están perdiendo por malos manejos, básicamente. Y a futuro, la demanda mundial de productos agrícolas crecerá entre un 1,1% y un 1,5% anual hasta 2050, según datos de FAO.

Incluso cuando es necesario producir más alimentos, la tierra utilizable para prácticas agrícolas está intrínsecamente limitada a cerca del 20–30% de la superficie terrestre del mundo. La disponibilidad de tierras agrícolas está disminuyendo y hay escasez de tierras adecuadas donde más se necesitan, es decir, especialmente cerca de los centros de población. La degradación del suelo es uno de los principales factores que contribuyen a esta disminución y, por lo general, se puede clasificar de dos formas: desplazamiento (erosión eólica e hídrica) y deterioro físico y químico interno del suelo (pérdida de nutrientes y materia orgánica, salinización, acidificación, contaminación, compactación, anegamiento). La estimación de la degradación total del suelo natural e inducida por el hombre en todo el mundo presenta muchas dificultades debido a la variabilidad en las definiciones, la gravedad, el tiempo, la categorización del suelo, etc. Son datos complejos de aterrizar.

Más importante aún en relación con el crecimiento de la población durante los últimos tiempos, la tierra cultivable per cápita se redujo en aproximadamente un 40% . El término “tierra cultivable” implica la disponibilidad de nutrientes adecuados para apoyar la producción de cultivos. Para contrarrestar el agotamiento de nutrientes, el consumo mundial de fertilizantes ha aumentado de 90 kg/ha en 2002 a 135 kg en 2013. Sin embargo, el mayor uso de fertilizantes a menudo resulta en excesos de nitratos y fosfatos que terminan en ecosistemas acuáticos, provocando floraciones de algas y eutrofización cuando la biomasa de algas en descomposición consume oxígeno y limita la biodiversidad de la vida acuática. Los cambios ambientales a gran escala inducidos por nitratos y fosfatos son particularmente evidentes en los ríos y las zonas costeras.

Las prácticas agrícolas intensivas modernas, como la frecuencia y el momento de la labranza o la siembra directa, la aplicación de herbicidas y plaguicidas y la adición poco frecuente de materia orgánica que contenga micronutrientes pueden alterar la estructura del suelo y su biodiversidad microbiana, de modo que la adición de fertilizantes ya no aumenta la productividad. por hectárea. Dado que los cambios en el uso de la tierra han provocado pérdidas de carbono orgánico del suelo estimadas en alrededor del 8%, y las pérdidas proyectadas entre 2010 y 2050 son 3,5 veces esa cifra, se supone que la capacidad de retención de agua del suelo y las pérdidas de nutrientes continuarán, especialmente en vista del calentamiento global.

A nivel mundial, los cultivos terrestres y los pastos ocupan aproximadamente el 33% del total de la tierra disponible, y se estima que la expansión para usos agrícolas entre 2000 y 2050 aumentará entre un 7% y un 31% (350–1500 Mha, según la ONU y los supuestos subyacentes), la mayoría a menudo a expensas de los bosques y los humedales.

Evidentemente, existen compensaciones entre satisfacer las necesidades humanas y no comprometer la capacidad de la biosfera para sustentar la vida. Sin embargo, al modelar los límites planetarios en relación con las prácticas actuales de uso de la tierra, está claro que es necesario mejorar el ciclo del N y P, principalmente reduciendo las emisiones de nitrógeno y fósforo y la escorrentía de las tierras agrícolas, pero también mediante una mejor captura y reutilización de componentes.



La acuaponía y los nutrientes


Uno de los principales beneficios de la acuaponía es que permite el reciclaje de recursos nutricionales. El aporte de nutrientes al componente piscícola se deriva de los piensos o concentrados, cuya composición depende de la especie objetivo, pero los piensos en la acuicultura normalmente constituyen una parte importante de los costos de insumos y pueden representar más de la mitad del costo total anual de producción. En ciertos diseños de acuaponía, la biomasa bacteriana también se puede aprovechar como alimento, por ejemplo, cuando la producción de biofloc hace que los sistemas acuapónicos sean cada vez más autónomos.

Las aguas residuales de las granjas piscícolas convencionales a menudo se vierten en los cuerpos de agua, donde resultan en la contaminación de nutrientes y la eutrofización posterior. Por el contrario, los sistemas acuapónicos toman los nutrientes disueltos de los alimentos y las heces de los peces no consumidos, y utilizando microbios que pueden descomponer la materia orgánica, convierten el nitrógeno y el fósforo en formas biodisponibles para su uso por las plantas en la unidad hidropónica. Para lograr niveles de producción de plantas económicamente aceptables, la presencia de conjuntos microbianos apropiados reduce la necesidad de agregar muchos de los nutrientes suplementarios que se usan rutinariamente en unidades hidropónicas independientes. Por lo tanto, la acuaponía es un sistema de descarga casi nulo que ofrece no solo un beneficio económico de los flujos de producción de peces y plantas, sino también reducciones significativas en las descargas ambientalmente nocivas de los procesos de acuicultura. También elimina el problema de la escorrentía rica en N y P de los fertilizantes utilizados en la agricultura basada en el suelo.

En los sistemas desacoplados, los biorreactores aeróbicos o anaeróbicos también se pueden utilizar para tratar lodos y recuperar macro y micronutrientes importantes en formas biodisponibles para su uso posterior en la producción hidropónica. Cada vez hay más desarrollos que continúan refinando el concepto de economía circular, al permitir cada vez más la recuperación de nutrientes. Te invitamos a conocer varios de estos con nosotros.


¿Pestes? ¿Enfermedades? ¿El horror?

En general, se reconoce que el control de enfermedades, plagas y malezas es un componente crítico para frenar las pérdidas de producción que amenazan la seguridad alimentaria. De hecho, el aumento del uso de antibióticos, insecticidas, herbicidas y fungicidas para reducir las pérdidas y mejorar la productividad ha permitido un aumento espectacular de la producción agrícola en la segunda mitad del siglo 20. Sin embargo, estas prácticas también están vinculadas a una serie de problemas: contaminación por compuestos orgánicos persistentes en suelos y agua de riego, cambios en la actividad rizobacteriana y micorrízica en los suelos, contaminación de cultivos y ganado, desarrollo de cepas resistentes, efectos perjudiciales sobre los polinizadores y una amplia gama de riesgos para la salud humana. La lucha contra el control de plagas, malezas y enfermedades de manera que se reduzca el uso de estas sustancias se menciona en todas las convocatorias para brindar seguridad alimentaria a una población mundial en crecimiento.


¿Cómo aborda la acuaponía el manejo de plagas?

Como sistema cerrado con medidas de bioseguridad, los sistemas acuapónicos requieren muchas menos aplicaciones de pesticidas químicos en el componente de la planta. Si las reservas de semillas y trasplantes se manejan y monitorean cuidadosamente, los contaminantes de malezas, hongos y bacterias/algas pueden controlarse en unidades hidropónicas con medidas específicas en lugar de la aplicación preventiva generalizada de herbicidas y fungicidas que prevalecen en la agricultura basada en el suelo.

Las características de diseño para reducir los riesgos de plagas pueden reducir los costos en términos de productos químicos, mano de obra, tiempo de aplicación y equipo, especialmente porque la huella terrestre de los sistemas de acuaponía a escala industrial es pequeña, y los sistemas son compactos y herméticamente contenidos, en comparación con la producción abierta equivalente en área de cultivos de hortalizas y frutos de granjas comunes.

Sistema de acuaponía de pequeña escala diseñado para comunidades rurales en Haití. AFO Acuaponía, 2020.


El uso de RAS (Sistemas de Recirculación) en sistemas acuapónicos también previene la transmisión de enfermedades entre poblaciones de cultivo y poblaciones silvestres, lo que es una preocupación apremiante en la acuicultura de flujo continuo y en corrales con redes abiertas.

El uso rutinario de antibióticos generalmente no es necesario en el componente RAS, ya que es un sistema cerrado con pocos vectores disponibles para la introducción de enfermedades. Además, generalmente se desaconseja el uso de antimicrobianos y antiparasitarios, ya que pueden ser perjudiciales para las bacterias que son cruciales para convertir los desechos orgánicos e inorgánicos en compuestos utilizables para el crecimiento de las plantas en la zona hidropónica. Si surge una enfermedad, la contención de peces y plantas del entorno cíclico hace que la descontaminación y la erradicación sean más manejables. Aunque los sistemas cerrados claramente no alivian por completo todos los problemas de enfermedades y plagas, las medidas adecuadas de control biológico que ya se practican en RAS e hidroponía independientes dan como resultado una reducción significativa del riesgo.


¿Qué podría pasar con el agua a futuro?

Además de exigir la aplicación de fertilizantes, las prácticas agrícolas intensivas modernas también imponen grandes exigencias de agua. Entre los flujos bioquímicos, ahora se cree que la escasez de agua es uno de los factores más importantes que limitan la producción de alimentos. Los aumentos de población mundial proyectados y los cambios en la disponibilidad de agua terrestre debido al cambio climático exigen un uso más eficiente del agua en la agricultura. Como se señaló anteriormente, para 2050, la producción agrícola agregada deberá producir un 60% más de alimentos a nivel mundial, con un 100% más estimado en los países en desarrollo, según el crecimiento de la población y las expectativas crecientes de niveles de vida. La hambruna en algunas regiones del mundo, así como la desnutrición y el hambre oculta, indican que el equilibrio entre la demanda y la disponibilidad de alimentos ya ha alcanzado niveles críticos, y que la seguridad alimentaria y del agua están directamente vinculadas.

Predicciones de cambio climático sugieren una menor disponibilidad de agua dulce y una disminución correspondiente en los rendimientos agrícolas para fines del siglo 21. El sector agrícola actualmente representa aproximadamente el 70% del uso de agua dulce en todo el mundo, y la tasa de extracción incluso supera el 90% en la mayoría de los países menos desarrollados del mundo. La escasez de agua aumentará en los próximos 25 años debido al crecimiento demográfico esperado, y el último modelo pronostica una disminución de la disponibilidad de agua en el futuro cercano para casi todos los países. La ONU predice que la continuación de prácticas habituales dará como resultado un déficit global de agua del 40% para 2030.

En este sentido, a medida que los suministros de agua subterránea para riego se agoten o se contaminen y las regiones áridas experimenten más sequías y escasez de agua debido al cambio climático, el agua para la producción agrícola será cada vez más valiosa. La creciente escasez de recursos hídricos compromete no solo la seguridad del agua para el consumo humano, sino también la producción mundial de alimentos. Dado que se espera escasez de agua incluso en áreas que actualmente tienen recursos hídricos relativamente suficientes, es importante desarrollar técnicas agrícolas con bajos requisitos de agua como insumo y mejorar la gestión ecológica de las aguas residuales mediante una mejor reutilización. El agua residual tiene un potencial enorme para convertirse en energía, y materia prima para productos integrados en una cadena circular.

El concepto de huella hídrica como medida del uso que hacen los seres humanos de los recursos de agua dulce se ha propuesto para informar el desarrollo de políticas sobre el uso del agua. Una huella hídrica tiene tres componentes:

(1) agua azul, que comprende el agua superficial y subterránea consumida durante la fabricación de productos o que se pierde por evaporación,

(2) agua verde que es agua de lluvia que se usa especialmente en la producción de cultivos, y (3) agua gris, que es agua que está contaminada pero aún dentro de los estándares de calidad del agua existentes.

La producción agrícola representa el 92% del uso mundial de agua dulce, y la producción industrial utiliza el 4,4% del total, mientras que el agua doméstica solo el 3,6%. Esto genera preocupaciones sobre la disponibilidad de agua y ha resultado en esfuerzos de educación pública destinados a crear conciencia sobre las cantidades de agua necesarias para producir diversos tipos de alimentos, así como las vulnerabilidades nacionales, especialmente en países con escasez de agua en el norte de África y Oriente Medio.

¿Cuánta agua demanda producir 1 kg de diferentes proteínas? Claramente, los sistemas menos eficientes son los de producción vacuna, pues, demandan 15500 litros de agua por cada kg de carne, mientras que los sistemas RAS son los más eficientes, demandando 400 litros de agua por cada kg de pescado producido.

Es menester apuntar a sistemas eficientes. Y educar a las personas sobre consumo responsable.

El concepto económico de productividad comparada mide la cantidad relativa de un recurso necesario para producir una unidad de bienes o servicios. Por lo general, se considera que la eficiencia es mayor cuando el requisito de insumo de recursos es menor por unidad de bienes y servicios. Sin embargo, cuando se examina la eficiencia del uso del agua en un contexto ambiental, la calidad del agua también debe tenerse en cuenta, porque mantener o mejorar la calidad del agua también aumenta la productividad.


¿Cómo aborda la acuaponía el reto del agua?

El creciente problema de la escasez de agua exige mejoras en la eficiencia del uso del agua, especialmente en las regiones áridas y semiáridas, donde la disponibilidad de agua para la agricultura y la calidad del agua de descarga son factores críticos en la producción de alimentos. En estas regiones, la recirculación de agua en unidades acuapónicas puede lograr una notable eficiencia de reutilización del agua del 95 al 99%.

La demanda de agua también es inferior a 100 L/kg de pescado capturado, y la calidad del agua se mantiene dentro del sistema de producción de cultivos . Obviamente, tales sistemas deben construirse y operarse para minimizar las pérdidas de agua; también deben optimizar sus proporciones de agua de peces a plantas, ya que esta proporción es muy importante para maximizar la eficiencia de la reutilización del agua y garantizar el máximo reciclaje de nutrientes. Se están desarrollando algoritmos de modelado y soluciones técnicas para integrar mejoras en unidades individuales y para comprender mejor cómo gestionar el agua de forma eficaz y eficiente, y en AFO Acuaponía somos parte de ese movimiento.

A la luz de las necesidades de suelo, agua y nutrientes, la huella hídrica de la acuaponía es mucho mejor que la agricultura tradicional, donde la calidad y la demanda del agua, junto con la disponibilidad de tierra cultivable, los costos de los fertilizantes y el riego son todos obstáculos para la expansión.


¿Será la energía un reto en el futuro?

A medida que la mecanización se extiende a nivel mundial, la agricultura intensiva en campo abierto depende cada vez más de los combustibles fósiles para impulsar la maquinaria agrícola y para el transporte de fertilizantes y productos agrícolas, así como para hacer funcionar el equipo de procesamiento, envasado y almacenamiento. En 2010, la Agencia Internacional de Energía de la OCDE predijo que el consumo mundial de energía aumentaría hasta en un 50% para 2035; La FAO también ha estimado que el 30% del consumo mundial de energía se dedica a la producción de alimentos y su cadena de suministro. Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) asociadas con los combustibles fósiles (aproximadamente el 14% en el análisis del ciclo de vida), sumadas a las de la fabricación de fertilizantes (16%) y el óxido nitroso de los suelos promedio (44%), contribuyen sustancialmente a los impactos ambientales de la agricultura.

En un análisis comparativo de los sistemas de producción agrícola, se encontró que las pesquerías de arrastre y los sistemas de recirculación de acuicultura (RAS) emiten GEI de 2 a 2,5 veces más que las pesquerías sin arrastre y la acuicultura sin RAS (corrales, canales). En RAS, estos requisitos de energía se relacionan principalmente con el funcionamiento de bombas y filtros. De manera similar, los sistemas de producción de invernadero pueden emitir hasta tres veces más GEI que la producción de cultivos en campo abierto si se requiere energía para mantener el calor y la luz dentro de rangos óptimos. Sin embargo, estas cifras de GEI no tienen en cuenta otros impactos ambientales de los sistemas no RAS, como la eutrofización o las posibles transferencias de patógenos a las poblaciones silvestres.

Los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU han identificado la vulnerabilidad de la producción de alimentos a las fluctuaciones en los precios de la energía como un factor clave de la inseguridad alimentaria. Esto ha impulsado esfuerzos para hacer que los sistemas agroalimentarios sean ‘energéticamente inteligentes’ con énfasis en mejorar la eficiencia energética, aumentar el uso de fuentes de energía renovables y fomentar la integración de la producción de alimentos y energía.


¿Puede impactar la acuaponía en la gestión energética?

Los avances tecnológicos en las operaciones de sistemas acuapónicos están avanzando hacia una creciente “energía inteligente” y la reducción de la deuda de carbono de las bombas, filtros y dispositivos de calefacción como de refrigeración mediante el uso de electricidad generada a partir de fuentes renovables. En latitudes templadas, nuevos diseños permiten que la energía involucrada en la calefacción y el enfriamiento de las peceras e invernaderos se reintegre por completo, de modo que estos sistemas no requieran insumos más allá de los paneles solares o la electricidad-calor generado por la producción de biogás bacteriano de lodos derivados de la acuicultura.

Además, los sistemas acuapónicos pueden utilizar la desnitrificación microbiana para convertir el óxido nitroso en nitrógeno gaseoso si se dispone de suficientes fuentes de carbono de los desechos, de modo que las bacterias heterótrofas y anaerobias facultativas puedan convertir el exceso de nitratos en nitrógeno gaseoso. El óxido nitroso es un potente GEI y los microbios ya presentes en los sistemas de acuaponía cerrados pueden facilitar su conversión en nitrógeno gaseoso, reduciendo así el impacto ambiental. En otras palabras, el sistema acuapónico se cura a sí mismo.


Conjunto residencial en China. Un país donde habita el 20 % de toda la humanidad.

A medida que la población humana sigue aumentando, aumenta la demanda de proteínas de alta calidad en todo el mundo. En comparación con las fuentes de carne, el pescado es ampliamente reconocido como una fuente de proteína particularmente saludable. En relación con el suministro mundial de alimentos, la acuicultura ahora proporciona más proteína de pescado que la pesca de captura. A nivel mundial, el consumo humano de pescado per cápita sigue aumentando a una tasa media anual del 3,2% (1961–2013), que es el doble de la tasa de crecimiento de la población. En el período de 1974 a 2013, la “sobrepesca” biológicamente insostenible ha aumentado en un 22%. Durante el mismo período, las capturas de las pesquerías que se consideran “plenamente explotadas” se redujeron en un 26%. Por tanto, la acuicultura proporciona la única solución posible para satisfacer la creciente demanda del mercado. Ahora es el sector alimentario de más rápido crecimiento y, por lo tanto, un componente importante de la seguridad alimentaria.

Con una población mundial estimada en 8,3 a 10,9 mil millones de personas para 2050, el desarrollo sostenible de los sectores de la acuicultura y la agricultura requiere optimización en términos de eficiencia de producción, pero también reducciones en la utilización de recursos limitados, en particular, agua, tierra y fertilizantes. Los beneficios de la acuaponía se relacionan no solo con el uso eficiente de la tierra, el agua y los recursos de nutrientes, sino que también permiten una mayor integración de oportunidades de energía inteligente como el biogás y la energía solar. En este sentido, la acuaponía es una tecnología prometedora para producir proteínas de pescado y vegetales de alta calidad en formas que pueden usar sustancialmente menos tierra, menos energía y menos agua al tiempo que minimizan los insumos químicos y fertilizantes que se utilizan en la producción de alimentos convencionales.

¿Quieres seguir la conversación? Puedes escribirnos a contacto@afoacuaponia.com

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Fuentes:

Aquaponics: Closing the Cycle on Limited Water, Land and Nutrient Resources Alyssa Joyce, Simon Goddek, Benz Kotzen, and Sven Wuertz

Alexandratos N, Bruinsma J (2012) World agriculture towards 2030/50: the 2012 revision, ESA Work. Paper 12–03. UN Food Agriculture Organization (FAO), Rome

Barnosky AD, Hadly EA, Bascompte J, Berlow EL, Brown JH, Fortelius M, Getz WM, Harte J, Hastings A, Marquet PA (2012) Approaching a state shift in Earth/’s biosphere. Nature 486:52–58

FAO (2016) The state of world fisheries and aquaculture 2016. Contributing to food security and nutrition for all. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, p 200

WHO (2015) Progress on sanitation and drinking water: 2015 update and MDG assessment. World Health Organization, Geneva

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