anteproyecto acuaponía rva
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2013
JORGE LUIS GARCÍA GÓMEZ
I.E.D. RODRIGO VIVES DE ANDRÉIS
ZONA BANANERA, ORIHUECA
PROYECTO DE AULA:
ACUAPONÍA Y SISTEMAS DE
RECIRCULACIÓN
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PROYECTO DE AULA: ACUAPONÍA
EXPLOTACIÓN DE NITRÓGENO EN UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN
ELABORADO POR
JORGE LUIS GARCÍA GÓMEZ
ZOOTECNISTA
PROYECTO DE AULA PRESENTADO PARA DESARROLAR ACTIVIDADES DE FORMACIÓN
PARA EL ÉNFASIS DE PRODUCCIONES AGROPECUARIAS ECOLÓGICAS EN EL ÁREA DE
TÉCNICAS AGROPECUARIAS
I.E.D. RODRIGO VIVES DE ANDRÉIS
ZONA BANANERA, ORIHUECA
2013
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN 1
2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 3
2.1 Planteamiento del problema de investigación 3
2.2 Justificación 4
3. MARCO TEÓRICO 5
5. OBJETIVOS 10
5.1 General 10
5.2 Específicos 10
6. METODOLOGÍA 11
7. RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS 13
7.1 Nuevos desarrollos tecnológicos 13
7.2 Fortalecimiento de la capacidad científica 13
7.3 Apropiación social del conocimiento 14
8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 15
9. PRESUPUESTO 16
BIBLIOGRAFÍA 17
1. INTRODUCCIÓN
La producción actual de peces está basada mayoritariamente en el uso de
alimentos balanceados elaborados con diversas fuentes materias primas entre las
que se destaca la harina de pescado y de soya como los principales aportantes
de nitrógeno a través de sus proteínas. Si se compara con los otros grupos de
vertebrados, la fisiología digestiva de los peces exige niveles mayores de proteína
dietaria; estos niveles de proteína son usados en parte para la obtención de
energía, liberando en los peces amoniaco como producto de desecho (2, 6, 8).
En la acuicultura comercial se da como práctica habitual el recambio de agua
para mantener niveles adecuados de este y otros componente en los estanques
(6), eliminando el agua contaminada vertiéndola a lagunas de oxidación en el
mejor de los casos o arrojándola simplemente de vuelta a ríos o quebradas. Es así
como gran cantidad de sustancias contaminantes llegan a cuerpos de agua que
son refugio de fauna y flora o de uso humano, agravando el problema de
contaminación generalizada.
En busca de una acuicultura responsable que trate de aportar soluciones a las
problemáticas de seguridad alimentaría y ambiental se plantea un sistema de
producción integral conocido como Acuaponía, que recurre a la acuicultura y a
la hidroponía, potencializando lo mejor de cada una para generar alimentos con
una reducción significativa de su impacto ambiental (1,3 7). La acuaponía no
solo puede ser planteada actualmente como una de las estrategias más
saludables y amigables de producción de alimentos, también es abordada como
laboratorio vivo que incorpora y explica ciclos y procesos bióticos y abióticos
ocurridos a escala geológica de manera similar.
Mediante un sencillo montaje que incluye un contenedor para peces vivos, otro
para plantas en producción y un sistema de bombeo y filtración de agua (Ver
2
imagen 1), se espera presentar a los estudiantes y a la comunidad un proceso
alternativo que debe ser abordado con espíritu investigativo y científico para ser
entendido, conociendo la dinámica e interacción de sus partes y del todo, así
como sus ventajas y debilidades. Al entrar en contacto con la acuaponía, todos
los participantes, sin importar su nivel académico, podrán hallar elementos de
interés que estimularán su curiosidad y los motivaran a profundizar en diversas
áreas de estudio que enlacen y expliquen de manera vivencial lo observado.
Imagen 1. Sistema básico de acuaponia. (Tomado de
http://http://aquaflash.blogspot.com)
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2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
2.1 Planteamiento del problema de investigación
El ciclo de nutrientes es un concepto fundamental en ecología y ciencias
ambientales. Sin embargo, muchos estudiantes tienen problemas para visualizar
cómo los nutrientes individualmente (por ejemplo, nitrógeno) fluyen cíclicamente
a través de los complejos ecosistemas naturales. Esto también ocurre al momento
de estudiar procesos vitales como la nutrición, excreción y fotosíntesis. Procesos
esenciales que deben ser comprendidos para el estudio de las ciencias
agropecuarias. Para abordar este tema, este proyecto presenta un enfoque
basado en la investigación para comprender el ciclo de nutrientes y de procesos
fisiológicos en un ecosistema simplificado con acuarios y plantas cultivadas
hidropónicamente.
Otro elemento que motiva la implementación del presente proyecto, es la
presentación de opciones ambientalmente amigables al interior de la enseñanza
de sistemas agropecuarios. Las estrategias modernas de producción de
alimentos incorporan la utilización cada vez mayor de insumos y, aunque en
ocasiones con una connotación de orgánicos, el destino de éstos y sus usos
genera problemáticas ambientales de gran impacto (eutrofización, propagación
de enfermedades, alteraciones de las propiedades organolépticas de los
productos y el ambiente, entre otros), reducir el uso de recursos externos, no solo
trae mejores resultados financieros, igualmente mejora la imagen del producto al
tener menor uso de sustancias y al optimizar el uso de recursos endógenos o
locales. Sin embargo, tecnologías de este tipo no siempre están disponibles por
desconocimiento o viabilidad para todos los productores. La ciencia debe
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acercar estas alternativas al productor, adaptándolas y demostrándolas en
ambientes reales que generen soluciones generales y particulares a problemas de
igual magnitud.
2.2 Justificación
El ciclo del nitrógeno es típico y similar para muchos otros nutrientes que son
importantes para todas las formas de vida. Es multifacético y bastante complejo,
incorporando numerosos caminos y escalas de tiempo. Dada esta complejidad,
puede ser difícil para los estudiantes comprender plenamente cómo se da el flujo
del nitrógeno y otros de nutrientes a través de los ecosistemas naturales.
Afortunadamente, los sistemas cerrados y artificiales, como acuaponia, pueden
proporcionar una versión simplificada de los sistemas naturales que pueden
ayudar en el aprendizaje del estudiante. Además, estos sistemas en el aula
puede ser fácilmente replicados y manipulados, lo que permite a los estudiantes
desarrollar una comprensión mucho más sofisticada de cómo se produce el ciclo
de nutrientes y cómo afecta a los componentes bióticos y abióticos de un
ecosistema modelo.
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3. MARCO TEÓRICO
El crecimiento de todos los organismos depende de la disponibilidad de nutrientes
minerales en el medio ambiente. El nitrógeno es un componente particularmente
importante de la biosfera, ya que se requiere en grandes cantidades como un
componente esencial de proteínas, ácidos nucleicos y otros constituyentes
celulares (6, 8). El nitrógeno es abundante en la atmósfera de la Tierra en forma
de N2 (gas). Sin embargo, esta forma de nitrógeno no está disponible para su uso
por la mayoría de los organismos porque existe un triple enlace entre los dos
átomos de nitrógeno que hace que la molécula casi inerte. Se puede emplear
nitrógeno para el crecimiento si es primero "fijado" (combinado) en forma de
amonio (NH4) o nitrato (NO3) (8). La erosión de las rocas libera pequeñas
cantidades de estos iones, pero el proceso ocurre tan lentamente que tiene un
efecto insignificante sobre la disponibilidad de nitrógeno fijado. Por lo tanto, el
resto del nitrógeno disponible se deriva de otras vías de "fijación" (7).
Fijación de Nitrógeno
La fijación de nitrógeno se presenta en dos formas principales. La primera es a
través de la fijación de alta energía. Grandes cantidades de energía producida
por fenómenos como la radiación cósmica, rutas de meteoritos y la fulguración
por su impacto pueden conducir a la combinación de nitrógeno con el
hidrógeno y el oxígeno que se encuentra en el agua. Sin embargo, se estima que
menos de 8,9 kg/ha de N se genera anualmente es de esta manera. La segunda
fuente y la más grande "fijadora" del nitrógeno es a través de la conversión
biológica. El nitrógeno atmosférico puede ser fijado en formas biológicamente
disponibles, tales como amoníaco y nitrato, por:
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1) Las bacterias simbióticas comúnmente estas bacterias están asociadas con
leguminosas y otras plantas que tienen nódulos de las raíces, 2) Las bacterias
aerobias de vida libre y 3) Las algas azul-verde. A través de las vías bioquímicas,
estas bacterias rompen la molécula de triple enlace del N2 en dos átomos de
nitrógeno, que entonces se combinan con el hidrógeno para formar amoníaco
(NH3). De esta manera, la "fijación" biológica genera aproximadamente el 90%
del nitrógeno fijado cada año, es decir, de 100 a 200 kg N/ha (2)
Dada la limitada disponibilidad de nitrógeno biológicamente útil, no es
sorprendente que este nutriente es a menudo un factor limitante para el
crecimiento y producción de biomasa en muchos entornos donde la
disponibilidad de agua y el clima no son limitantes.
El ciclo del nitrógeno
En ambientes naturales, el nitrógeno se encuentra con frecuencia en materiales
orgánicos en descomposición, también es constantemente eliminado y añadido
tanto al medio ambiente biótico y abiótico en un ciclo geobioquímico complejo.
El nitrógeno "fijado" entra en el medio biótico a través de la descomposición de
materiales orgánicos (liberación de aminoácidos, etc) o por la fijación de
bacterias especializadas (Figura 1). En general, el nitrógeno está en la forma de
amonio (NH4 +) en este punto debe someterse a una modificación adicional para
poder ser más fácilmente utilizable por las plantas. El proceso por el cual el
amoníaco se convierte en nitritos y los nitratos se llama nitrificación. Dos grupos
de microorganismos, Nitrosomas y Nitrobacter, conducen esta parte del ciclo del
nitrógeno. En primer lugar, las bacterias Nitrosomas utilizan el amoníaco
disponible en el suelo y agua como fuente de energía. Se metabolizan el
amoníaco por oxidación liberando iones nitrito y agua. El residuo metabólico de
7
estas bacterias rico en nitritos está entonces disponible como fuente de alimento
para las bacterias Nitrobacter, que oxidan los iones nitrito en nitrato. Las plantas
entonces utilizar nitratos para el crecimiento y la respiración (8). El nitrógeno
absorbido por las plantas se libera como aminoácidos cuando el tejido de la
planta es consumido o la planta o sus partes mueren.
Figura 1. Ciclo del nitrógeno
Acuaponia
La Acuaponia es la combinación de la acuicultura (piscicultura) y el cultivo
hidropónico (cultivo de plantas en otros medios o sustratos diferentes al suelo o
tierra). Si bien la acuaponia comercial requiere millonarias inversiones, los
principios básicos y los equipos siguen siendo fácilmente transferibles a las aulas.
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El problema central de la acuicultura tradicional es la calidad del agua. La
producción de peces comerciales a alta densidad conduce a niveles
rápidamente crecientes de amoníaco y nitrito en el agua. Estos compuestos se
producen de forma natural por el metabolismo proteico y energético de los
peces y debe ser constantemente eliminado a través de sistemas de filtración en
configuraciones complejas o vertiendo las agua contaminada para ser
remplazada por agua más “limpia”. Una situación análoga se da en cualquier
pecera en casa. Los peces producen grandes volúmenes de desechos
nitrogenados que deben ser eliminados por los filtros adecuados o cambios
frecuentes de agua.
Por el contrario, las tecnologías hidropónicas se esfuerzan por ofrecer a las plantas
una fuente rica en nitrógeno en los sustratos de cultivo y un equilibrio perfecto
entre otros macro y micro nutrientes. En este caso, la dificultad es simplemente el
alto costo de añadir nutrientes solubles constantemente a los sistemas
hidropónicos.
A través de la acuaponia se ofrece una solución a estos dos sectores, mediante la
combinación de un sistema de recirculación que incluye tres componentes
principales: peces, plantas y bacterias. Los peces proporcionan efluentes ricos
amoníaco que las bacterias convierten rápidamente en nitrito y nitrato, mientras
que el amoníaco y los nitritos son tóxicos para los peces en niveles muy bajos, los
peces son capaces de tolerar varios cientos de veces de nitratos. Las plantas se
benefician del efluente rico en nitrógeno y en nutrientes y eliminan (utilizan)
grandes cantidades de residuos de nitrógeno (en forma de nitratos) en el agua,
que se devuelve a los tanques de peces (ver figura 2).
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Figura 2. Representación esquemática del sistema acuapónico
Componentes pedagógicos
Elementos Bióticos y Abióticos en el ecosistema, Organismos Heterotróficos y
Autotróficos, Ciclo de Nitrógeno, Reciclaje del Agua, Construcción de gráficos e
hipótesis acerca del desarrollo de las Plantas, Reacciones Químicas. Energía y
Materia. Niveles de Organización de los Sistemas Vivos y su interdependencia,
Diseños de Tecnologías amigables con el Medio Ambiente.
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5. OBJETIVOS
5.1 General
Diseñar e implementar en la I.E.D. Rodrigo Vives de Andreís un módulo
demostrativo de acuaponía al servicio de los estudiantes apoyando de forma
vanguardista su proceso de aprendizaje en el área de las Técnicas Agropecuarias
5.2 Específicos
Identificar los componentes bióticos y abióticos del medio ambiente.
Diferenciar entre organismos autótrofos y heterótrofos.
Entender el ciclo de nutrientes (ciclo del nitrógeno en particular).
Elaborar gráficas de los niveles de nutrientes y las tasas de crecimiento de las
plantas y peces.
Generar hipótesis sobre el impacto de los nutrientes en el crecimiento de las
plantas y peces.
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6. METODOLOGÍA
El diseño inicial será establecido previamente por el docente, incorporando como
parte práctica y activa a seis estudiantes de grado 11D comprometidos a
aprenden en situaciones reales a través del proceso de montaje y
funcionamiento del módulo. Los estudiantes serán posteriormente los
multiplicadores del conocimiento mediante charlas impartidas a las visitas
guiadas de estudiantes de otros grados.
Las medidas relativas a la instalación del tanque para los peces son estándar. En
cualquier acuario o estanque saludable hay que esperar por lo menos un par de
días a una semana para que esté en condiciones de albergar a los peces.
Además, esto ayudará a dar tiempo a las bacterias para establecerse en el lecho
de grava.
Las actividades se desarrollarán en el siguiente orden:
Sensibilización de los estudiantes mediante charlas y exposiciones
Selección de (6) estudiantes de grado 11
Selección del lugar y alistamiento del área, basados en criterios de proximidad a
la Institución y desplazamientos de los estudiantes.
Establecer tanque con capacidad 250 litros de agua con aireación forzada
permanentemente.
Instalar el filtro de grava (20 kg) (Biofiltro) con recirculación permanente entre el
tanque y el filtro mediante bombeo automatizado (Las bacterias necesitan varios
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días para establecerse. Cualquier cultivo normal tendrá una población saludable
de bacterias en el lecho de grava a los 15 o 20 días si se desarrolla en clima
cálido).
Adquirir y sembrar los peces (alevinos de cachama y carpa, 50 ind/m3)
Tomar a los cinco días muestras iniciales de agua para prueba de nitrito y nitrato.
Establecer un semillero para las plantas seleccionadas (cilantro o col)
Perforar en un tubo de PVC 25 agujeros redondos para trasplantar las plántulas,
soportando el tubo de manera horizontal a una estructura construida para ello.
Conectar el tubo al sistema de recirculación, posterior al biofiltro, es decir, entre
este y el tanque, garantizando un flujo constante y sin pérdidas de agua.
Trasplantar las plántulas a cada agujero del tubo 20 días después de sembrar los
peces.
Registrar las medidas semanalmente de las plantas (altura, longitud, número de
hojas, etc.) y de los peces (peso, LS, LT).
Tomar muestras de agua para prueba de nitrito y nitrato.
Cría los peces y las plantas regulando la calidad del agua a intervalos regulares
de 2 semanas.
Graficar los datos y discutir el cambio de nitritos y nitratos en el contexto del ciclo
del nitrógeno.
Generar hipótesis sobre el papel de las plantas y los efectos de concentraciones
variables de cada nutriente en su crecimiento.
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7. RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS
7.1 Nuevos desarrollos tecnológicos
Por medio de la presente propuesta se pretende contribuir la formulación y al
desarrollo de alternativas productivas en la comunidad educativa de la I.E.D.
Rodrigo Vives de Andreís.
Gracias a lograr un mejor y profundo entendimiento de los ciclos de los nutrientes
y de los procesos biológicos presentes den el proyecto, los estudiantes entraran al
ámbito vanguardista de la producción limpia, proponiendo nuevos y mejores
procesos para los sistemas agropecuarios dados en su entorno.
Indicadores
Estudiantes capacitados en nuevas tecnologías
Modulo experimental de acuaponía tropical
Pruebas y resultados de análisis para calidad de aguas
Artículos científicos
Beneficiario: Comunidad educativa
7.2 Fortalecimiento de la capacidad científica
El Proceso de aprendizaje teórico-práctico estimulará a los estudiantes a
desarrollar procesos investigativos para comprender y solucionar diferentes
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situaciones, de tal forma, que la duda y la curiosidad inicial podrá ser canalizada
hacia actitudes críticas y propositivas con elementos de juicio y rigor científico.
Indicadores
Ponencias de los estudiantes en eventos regionales y nacional
Beneficiario: Comunidad científica
7.3 Apropiación social del conocimiento
Los resultados del proyectos deberán ser difundidos ampliamente entre la
comunidad relacionada a la actividad agropecuaria, presentándola como una
oportunidad de inversión y generación de empleo en áreas urbanas con fuerte
vocación productiva.
Indicadores
Socialización de resultados
Beneficiario: Comunidad académica.
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8. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Cronograma de Actividades
ACTIVIDADES SEMANAS
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Revisión bibliográfica X X X X X X X X X X X X X
Diseño y ajuste de equipos
X X X
Compra de peces
X
Adaptación de ejemplares
X X
Elaboración de semilleros
X
Trasplante
X X
Muestreos y pruebas de lab.
x
X
x
x
Mediciones en peces y plantas
x x x X X X X X X X X
Procesamiento y análisis de datos
x X X X X X X X X
Preparación de publicaciones
X X X
X X X
Publicación final
X
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9. PRESUPUESTO
DESCRIPCIÓN CANT. ESTADO V. Unitario V. Total
Tanque 250 litros 1 Adquirido 76.000 76.000
Tubería PVC 1/2" (metros) 6 Adquirido 1.200 7.200
Cinta teflón 1 Pendiente 2.000 2.000
Manguera plástica 3/8" (metro) 2 Pendiente 1.200 2.400
Cuñete plástico 20 litros 1 Adquirido 3.000 3.000
Piedra china (kilos) 25 Pendiente 500 12.500
Angeo metálico (metro) 1 Adquirido 5.000 5.000
Tubo PVC sanitario 4" (metro) 3 Pendiente 8.000 24.000
Tapón de prueba sanitario 4" 6 Pendiente 1.200 7.200
Manguera lavaplatos/lavamanos 3 Pendiente 2.500 7.500
Cinta aislante 1 Adquirido 1.500 1.500
Bomba de agua 1 Adquirido 80.000 80.000
Cable dúplex # 14 (metro) 12 Pendiente 1.200 14.400
Alimento para peces (Kg) 5 Pendiente 3.000 15.000
Peces (alevinos) 50 Pendiente 120 6.000
Semilla de cilantro (onzas) 1 Adquirido 4.000 4.000
Estructura metálica para soportes 1 Adquirido 100.000 100.000
Aireador salida doble 1 Adquirido 60.000 60.000
Imprevistos 1 Pendiente 47.000 47.000
Total proyecto $474.700
Total Adquirido $336.700
TOTAL REQUERIDO $138.000
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BIBLIOGRAFÍA
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Ratón, Florida, USA.