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Esmeralda Chamorro-Legarda ^aIPA MSc, Camilo L Guerrero-Romero^b IPA, Eliana Arellano^c, Jonathan Anganoy ^c, Marcela Botina^c, Sol de María Bravo ^c, Biviana Cuarán ^c, Dora Cánchala ^c, Alejandra Caicedo^c, Edisson Castillo^c, Gabriel Díaz^c, Karen Díaz^c, Natalia Gámez^c, Yilmar Mora^c, Johana Rosero^c

a Profesora Departamento de Recursos Hidrobiológicos, Universidad de Nariño, Pasto, Colombia.
esmeraldachamo@hotmail.com

b Laboratorios de Acuicultura, Departamento de Recursos Hidrobiológicos, Universidad de Nariño, Pasto,
Colombia.

c Estudiantes de Ingeniería en Producción Acuícola, Universidad de Nariño, Pasto, Colombia.

La acuaponía permite aprovechar los desechos orgánicos producidos por algún organismo acuático, utilizándolos como fuente de alimento para las plantas; éstas a su vez, al tomar estos desechos, mejoran la calidad del agua para los peces, actuando como filtro biológico. El presente experimento evaluó dos sistemas acuapónicos: NFT y raíz flotante con arawana plateada y lechuga. Para esto fueron instalados los dos sistemas y un control sin plantas, cada uno con cuatro réplicas, totalizando 12 unidades experimentales. Cada unidad experimental corresponde a un acuario con plantas en sistema NFT o raíz y, para el caso del control, solamente el acuario. Cada acuario fue dispuesto con tres arawanas de 2,4±0,17 g y talla de 7,53±0,40 cm; tres plantas de 2,05±0,17 g y talla de 8,58±2,22 cm. El sistema acuapónico fue instalado en un sistema de recirculación. Se instaló lámparas para controlar el fotoperiodo. Fueron tomados los índices peso y talla de las arawanas y de las lechugas al inicio y fin del experimento. También se evaluó la calidad del agua, midiendo al inicio, medio y final del experimento pH, alcalinidad, conductividad, sólidos sedimentables, solidos suspendidos, amonio, nitrito, nitrato y ortofosfato; temperatura y oxígeno fueron medidos dos veces al día. Las arawanas fueron alimentadas tres veces al día con alimento comercial 40% de proteína. Las variables de calidad del agua fueron iguales entre los tratamientos (p>0,05) a excepción de los nitritos, que fueron menores en los tratamientos con plantas respecto al control; la alcalinidad fue mayor para el tratamiento NFT respecto a los otros (p<0,05). Los resultados de este estudio demuestran que las plantas de lechuga son capaces de absorber nitrito y que la supervivencia de las plantas no se vio influenciada por el sistema (p<0,05).

Palabras clave: Lactuca sativa, Osteoglossum bicirrhosum, recirculación, biofiltro, calidad del agua

Aquaponics enable us to take advantage of organic waste produced by some aquatic organisms using them as a food source for plants; when the plants take this kind of waste, the water quality improve for the fish by acting as a biological filter. This experiment evaluated two aquaponic systems: NFT and floating root with arawana silver and lettuce. To do this, these two systems and a control without plants were installed with four replications each, with a total of 12 experimental units. Each experimental unit corresponded to an aquarium with plants in NFT or root system, and for the control only the aquarium. Each aquarium was provided with 3 arawanas 2.4±0.17 g and 7.53±0.40 cm size; and 3 levels of 2.05±0.17 g and 8.58±2.22 cm size. The aquaponic was installed in a recirculation system; besides, lamps to control the photoperiod were installed. Indices of weight and height of the arawanas and lettuce were taken at the beginning and at the end of the experiment. The water quality was also evaluated by measuring pH, alkalinity, conductivity, sedimentable solids, suspended solids, ammonia, nitrite, nitrate, and orthophosphate at the beginning, in the middle, and at the end of the experiment; temperature and oxygen were also measured twice a day. The arawanas were fed 3 times a day with commercial food 40% protein. The water quality variables were similar between treatments (p>0.05), except nitrites that were lower in treatments with respect to control plants, and alkalinity was higher for NFT compared to the other treatments (p<0.05). The results of this study showed that lettuce plants are able to absorb nitrite, and the survival of the plants was not influenced by the system (p <0.05).

Keywords: Lactuca sativa, Osteoglossum bicirrhosum, recirculation, biofilter, water quality

El crecimiento acelerado de la acuicultura en Colombia ha sido equiparable al incremento mundial de esta actividad, teniendo en los últimos 27 años un promedio de 13% anual ^[1]. La arawana plateada pertenece al orden Osteoglossiformes, familia Osteoglossidae; es un pez de escamas, con cuerpo alargado y comprimido lateralmente, que tiene como característica importante el gran tamaño de su aleta anal, la cual ocupa casi el 50% de la longitud del individuo. Posee boca grande e inclinada, con dientes pequeños y filosos en las mandíbulas. Su lengua es ósea, siendo esta la principal característica ^[2]. Aunque el dimorfismo sexual no es tan evidente, es posible distinguir machos de hembras en su estado adulto, principalmente en la época de apareamiento. Las principales diferencias se encuentran en la cavidad bucal, cuya capacidad es mayor en los machos ^[2].
Esta es una especie que tiene un alto precio comercial, por ser un animal exótico, gracias a su coloración azul-plateada y su movimiento armónico, que lo hacen llamativo y atractivo para los acuarios ^[3]. Al ser un pez ornamental, la pesca exhaustiva, lo ha llevado a ser una especie vulnerable. Una de las principales razones de su pesca indiscriminada es el comercio ilegal hacia el exterior, donde los alevinos, dependiendo de su longitud, llegan a costar entre 5 y 25 dólares cada uno ^[3]; un adulto que puede llegar a medir 1,20 cm, en el mercado internacional tiene un costo de US$100-500 ^[3].
Por otra parte, la lechuga (Lactuca sativa) es una planta herbácea que, en un sistema acuapónico, se encarga de absorber los diferentes compuestos proporcionados por las heces y la descomposición de alimentos; ésta absorbe en mayor cantidad el potasio, seguido por el nitrógeno y el fósforo ^[4]. Por otra parte, la deficiencia de nitrógeno en la lechuga provoca disminución del crecimiento y del vigor de las plantas, hojas de tamaño pequeño, color verde pálido, tallo hueco y coloración parda oscura en el xilema^[4]. Al encontrar exceso de nitrógeno, logra un gran desarrollo vegetativo, aumento del tamaño de la hoja, retraso del acogollado, y sensibilidad al ataque de hongos fitopatógenos ^[4].
La deficiencia de fósforo en lechuga provoca un color verde oscuro, el desarrollo se reduce, el tamaño de las hojas disminuye las hojas más viejas adquieren un aspecto bronceado y, en casos extremos, las plantas no logran acogollar ^[4].
Por otra parte, la acuaponía es el cultivo integrado de vegetales con peces de agua dulce. No se trata de la simple unión de la acuicultura y la hidroponía, sino de la creación de un nuevo sistema de cultivo a partir de dos unidades que no parecieran estar destinadas a ir de la mano ^[5]. En este sistema, los peces proporcionan cantidades adecuadas de la mayoría de los nutrientes que las plantas necesitan para su crecimiento ^[2]. Estos nutrientes son generados por la mineralización de la materia orgánica (heces y restos de alimento) y la propia excreción de los peces. Estos desechos, tóxicos para los peces, en pequeña concentración, deben ser eliminados inmediatamente del agua de cultivo ^[5]. Por su parte, las plantas, al retirar del medio el amonio, a través de absorción directa, o tomando el nitrato producto de la oxidación del amonio por las bacterias nitrificantes, actúan a modo de filtro biológico, depurando el agua que retorna al tanque de peces en adecuadas condiciones.
Dentro del sistema acuapónico los peces, las bacterias (principalmente las nitrificantes) y las plantas, tienen un rol que permite el correcto funcionamiento del sistema ^[5]. Existen tres sistemas acuapónicos principales ^[6]: a) basado en sustrato, b) raíz flotante o balsa y c) técnica de lámina de nutrientes o NFT.
En este sentido, la acuicultura enfrenta dentro de sus principales retos el manejo adecuado de sus aguas residuales. Estas aguas suelen estar cargadas de sólidos, moléculas tóxicas en solución, residuos químicos provenientes de excretas, medicamentos y alimentos no consumidos, los cuales son comúnmente vertidas en suelos o cuerpos de agua adyacentes, produciendo impactos negativos en el medioambiente, haciendo que alternativas, como los sistemas de recirculación acuícola (SRA) y tratamiento de aguas, sean una opción viable e interesante para mitigar los impactos ambientales negativos ^[7].
La acuaponía hace uso eficiente de lo que, de otro modo, serían considerados residuos orgánicos, además de reutilizar el agua de descarga o efluente del sistema acuícola. Una ventaja adicional es que en esta integración de plantas y peces no es necesario el uso de pesticidas químicos ni medicamentos. De esta forma, los aspectos negativos potenciales de la acuicultura y la acuaponía se tratan en una forma viable y sostenible; es decir, se obtienen mayores beneficios que por separado cada una ^{[8, 9]}.
Las técnicas de acuaponía surgen de los avances tecnológicos en la mejora de los sistemas acuícolas y la búsqueda de reducir los efectos o impactos contaminantes de las aguas de desecho de la acuicultura. Adler et al ^[10] explican que los tratamientos convencionales de las descargas de la acuicultura, representa un costo adicional significativo y con la acuaponía se utilizan estas aguas de desecho, ricas en nutrientes en sistemas de recirculación, en una forma más económica y rentable. De hecho, ésta técnica ya tiene sus años; comenzó con la creación de plantas de tratamiento a partir de humedales, en donde se les hacían llegar los efluentes, para que las plantas procesaran el agua, llamado biorremediación ^[11].
Debido a la poca información sobre los sistemas de producción acuapónicos, es necesario realizar investigaciones que aporten conocimiento relevante acerca de la interacción entre peces, planta y agua. Por lo anterior realizó un experimento de acuaponía, para integrar el cultivo de organismos como peces y plantas y, de esa manera, mejorar la calidad del agua y reutilizar los nutrientes generados por la acuicultura, para generar biomasa de plantas.
En este sentido, el presente trabajo pretendió en evaluar un cultivo acuapónico de arawana, conjuntamente con lechugas, en las técnicas de raíz flotante y NFT, comparadas con un control sin plantas.

El presente estudio se realizó en el sistema de recirculación del Laboratorio de Ornamentales del programa de Ingeniería en Producción Acuícola de la Universidad de Nariño, en Pasto, Colombia.

Peces. Se utilizó 36 ejemplares de arawana plateada (Osteoglossum bicirrhosum), cuyo peso promedio fue de 2,4±0,17 g y una talla promedio de 7,53±0,40 cm.

Plantas. Se utilizó 36 plántulas de lechuga (Lactuca sativa), con peso promedio de 2,05±0,17 g y talla de 8,58±2,22 cm.

Montaje del sistema acuapónico. Se dispuso, en primera instancia, las unidades de cultivo y se adecuó cada unidad en diferentes tratamientos, elegidos aleatoriamente (Raft, NFT y control), para finalmente distribuir un caudal donde se encuentran las lechugas.

Siembra de Lechuga. Se adquirió plántulas de lechuga de 2,05 g de peso y 8,58 cm de altura, en promedio; se procedió a retirar la tierra de su raíz con ayuda de agua; fueron medidas y pesadas; posteriormente se colocaron en vasos con gravilla y finalmente en poliestireno o en tubos de PVC, como medio soporte, de acuerdo con los tratamientos.

Alimento y alimentación de peces

El alimento utilizado contenía 40% de proteína, peletizado, por lo cual presentó poco tiempo de flotabilidad en la superficie del agua. La proporción de porcentaje de alimentación fue del 6% de la biomasa, ración que fue suministrada tres veces por día.

Muestreos

Muestreo de peces. Se realizaron dos muestreos durante el periodo de estudio, para determinar talla y peso.

Muestreo de Lechuga. Esta actividad se realizó al iniciar y finalizar el ensayo, con el fin de determinar el incremento de peso y talla de las plantas utilizadas. Se procedió a retirar el medio soporte de las lechugas, luego se pesaron y midieron.

Diseño experimental

Se utilizó un diseño completamente al azar (DCA), evaluando tres tratamientos, con cuatro repeticiones cada uno, distribuidos aleatoriamente dentro de la batería experimental. Los tratamientos fueron los siguientes:
T0: tratamiento control sin plántulas
T1: unidades experimentales con tres plántulas de lechuga (Lactuca sativa), en NFT (Nutrient Film Technique)
T2: unidades experimentales con tres plántulas de lechuga (Lactuca sativa), en Raft (raíz flotante)

Calidad del agua

Inicialmente, en las primeras semanas, se tomó cuatro muestras aleatorias para realizar estos análisis; posteriormente, se hizo de manera semanal, a partir de las diferentes unidades experimentales que conformaban cada uno de los tratamientos.
Para estos análisis se utilizó un espectrofotómetro Hach para nitritos, nitratos, amonio y ortofosfato. Se midió la cantidad de sólidos sedimentables, sólidos disueltos, pH y conductividad. La temperatura y el oxígeno disuelto se midieron con una sonda multiparámetros YSI. La alcalinidad se midió por titulación.

Índices de producción

Al iniciar el experimento se pesó y se midió los peces y las plantas, medidas que fueron tomadas posteriormente, en cada uno de los muestreos realizados a lo largo del experimento. El conteo de animales muertos se hizo diariamente, para calcular el porcentaje de supervivencia.

Análisis estadístico

Para los datos correspondientes a cada una de las variables evaluadas, se aplicó un análisis de varianza ANOVA, con medidas repetidas en el tiempo, para determinar la existencia de diferencias significativas entre los tratamientos. Previamente se comprobó los supuestos de normalidad, homocedasticidad e independencia de los errores. En las variables que presentaron diferencias significativas se aplicó una prueba de comparación múltiple de Tukey, para comparar las medias de los tratamientos. Todas las pruebas se hicieron con un nivel de confianza de 0,05.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Calidad del agua

El agua inicial tuvo una temperatura de 26,4±0,65°C, oxígeno disuelto de 4,16±0,58 mg/L, pH 7,55±0,05, alcalinidad de 9,5±1,0, amonio 0,01±0,01 mg/L, nitrito 1,0±0,01 mg/L, nitrato 3,28±0,22 mg/L, ortofosfato 0,69±0,04 mg/L, conductividad 153,02±4,51 µS/cm, sólidos disueltos 94,80±8,75 mg/L y sólidos sedimentables 0,50±1,00 mg/L.
En la Tabla 1 se muestra los resultados del comportamiento de las variables de calidad de agua en el periodo de estudio, en el cual se puede observar que en las variables de temperatura, oxígeno disuelto, pH, amonio, nitratos, ortofosfato y conductividad fueron no presentaron diferencia significativas entre tratamientos (p>0,05), mientras que las variables alcalinidad y nitritos fueron significativamente diferentes (p<0,05) entre tratamientos.

Tabla 1. Variables de calidad del agua en el cultivo hidropónico de Lactuca sativa y Osteoglossum bicirrhosum.

Trat	T (°C)	OD (mg/L)	pH	CaCO3 (mg/L)	N-NH4 (mg/L)	N-NO2 (mg/L)	N-NO3 (mg/L)	PO4 (mg/L)	Cond. (µS/cm)
Control	28,82	3,59	7,04	5,70^ab	0,0100	1,500^a	4,0100	1,770	151,74
NFT	29,08	3,56	7,04	7,430^a	0,0100	0,880^b	4,0100	1,930	149,80
Raíz	29,25	3,55	7,02	5,210^b	0,0200	0,880^b	2,6600	1,790	150,80
(Trat)	0,2864	0,9863	0,3282	0,0181	0,4402	0,0293	0,2541	0,760	0,6791
(Tiempo)	<0,001	<0,001	<0,001	<0,001	-	0,2377	0,0023	0,025	0,1226
(Trat × Tiempo)	0,6816	0,5089	0,2489	0,0181	-	0,2049	0,2033	0,299	0,5224
Trat: Tratamiento; n = 4. T: temperatura; OD: oxígeno disuelto; Cond: conductividad

En cuanto a la variable correspondiente a la temperatura del agua, sólo los valores de la segunda semana de estudio presentaron diferencias significativas (p<0,05), con un mayor valor (30°C) (Figura 1) afectando la supervivencia de las plantas de lechuga (L. sativa) principalmente en el tratamiento de raíz flotante (58%). Según algunos autores, en sistemas acuapónico se debe tener muy en cuenta, los requerimientos de temperatura y pH tanto de las plantas, como de los peces cultivados, debido a que esto garantiza que se obtengan buenos resultados ^[12].
La mortalidad de las plantas, en el tratamiento de NFT, posiblemente se debe a que durante la fase de crecimiento las lechugas requieren temperaturas entre 14 y 18°C durante el día y de 5 a 8°C en la noche, dado que la lechuga exige que haya diferencia de temperaturas entre el día y la noche ^[13], situación contraria a la presentada en el sistema estudiado, donde la temperatura fue constante a lo largo del día y de la noche, la cual superó los rangos aceptables de las plantas, a favor de cumplir los requerimientos necesarios de los peces.
En cuanto al oxígeno disuelto, mostró una caída en la semana 2 (Figura 2), cuyas diferencias resultaron significativas con respecto a las demás, en todos los tratamientos (p<0,05); sin embargo, los valores de oxígeno disuelto estuvieron por encima de 3,5 mg/L en todo el periodo de estudio, el cual debe mantenerse por encima de 3 mg/L, siendo preferible una concentración igual o mayor a 5 mg/L, tanto para plantas como para peces, debido a que estos últimos lo necesitan sobrevivir y crecer; también las raíces de las plantas se ven beneficiadas por la presencia de oxígeno disuelto en el agua del sistema, ya que previene la pudrición de las raíces, al estar sumergidas durante el paso de ésta a través del sistema hidropónico ^[14]. De encontrarse disminuido el oxígeno, no se realizará una buena nitrificación, restando desechos metabólicos sin filtrar, acumulándose en concentraciones tóxicas para los peces ^[12].

arawana

Figura 6. Comportamiento del ortofosfato (mg/L) durante 3 semanas de experimento. Letras diferentes indican diferencias significativas.

Índices productivos

Plantas. En el crecimiento de las plantas, el peso final no presentó diferencias significativas (p>0,05) entre los tratamientos NFT y raíz, pero la talla fue significativamente (p<0,05) mayor en el tratamiento NFT con respecto al tratamiento de raíz (Tabla 2).

Tabla 2. Peso y talla de las plantas de lechuga en las tres semanas de experimento.

Tratamiento	Peso final (g)	Talla final (cm)	Supervivencia (%)
Control	-	-	-
NFT	3,15±0,42	14,7±1,3a	75±58
Raíz	2,27±0,72	12,2±0,8b	58±42
p-valor	0,0907	0,0472	0,5504

Letras diferentes indican diferencias significativas.

Esta particularidad, posiblemente, pudo deberse a la disposición con respecto a la luz, dado que las lámparas utilizadas no alcanzaban a iluminar por completo las plantas, y las más favorecidas en cuanto a luminosidad fueron las correspondientes al tratamiento NFT.

Por otra parte, la supervivencia en el tratamiento NFT fue superior con 17% respecto al tratamiento raíz, posiblemente debido a la influencia de la temperatura como de la luminosidad. Algunos estudios evidencian el ataque de enfermedades, como el Pythium, un hongo que comúnmente afecta las raíces de las plantas cuando la temperatura del agua se mantiene por encima de los 27°C. No existe tratamiento conocido para esta afección, salvo la disminución de la temperatura del agua para lograr la eliminación del hogo^[12].
La falta de luz también causa daños en las plantas, manifestada con síntomas visibles como la pudrición, muertes de tejidos (necrosis), decoloración de las hojas diferentes de la normal (clorosis), entre otras ^[13].

Peces. En términos generales, la supervivencia de la población de arawanas (O. bicirrhosum) fue alta, estimada alrededor del 92%. Sin embargo, es importante resaltar que la mortalidad se presentó solo en dos de las réplicas de los tratamientos de NFT, cuyas causas seguramente estuvieron relacionadas con el estrés producido por la instalación del sistema acuapónico en los diferentes acuarios, provocando que las arawanas dejaran de comer.

CONCLUSIONES

La alcalinidad y los nitritos presentaron diferencias significativas (p<0,05) entre los tratamientos, debido a que no existió un tiempo de retención hidráulica adecuado y una maduración completa de las bacterias en el biofiltro.
Los niveles de nitritos demostraron que las plantas fueron capaces de absorber altos contenidos, generando así niveles menos tóxicos para los peces.
El peso final de las plantas no presentó diferencias (p>0,05) entre los tratamientos NFT y raíz, pero la talla fue significativamente mayor en el NFT, con respecto al de raíz.
La supervivencia de la plantas fue igual para los tratamientos NFT y raíz, ocasionada por la alteración y los cambios en la temperatura, al igual que la incidencia de luz.
La supervivencia de los peces fue del 92%, cuya mortalidad, sólo en dos de las repeticiones de los tratamientos NFT, causada por el estrés producido debido a la instalación del sistema acupónico en los acuarios, situación que provocó que las arawanas dejaran de alimentarse.
Para estudios futuros se recomienda optimizar la incidencia de luz hacia el sistema acuaponico, ya que este es un factor clave para su crecimiento y supervivencia.
Debido a la falta de información relacionada con procesos de acuaponia con arawana, se recomienda realizar más investigaciones utilizando un mayor número de peces y plantas, al igual que y evaluar en un periodo más prolongado.

AGRADECIMIENTOS

Los autores de este trabajo agradecen al Programa de Ingeniería en Producción Acuícola de la Universidad de Nariño, por fomentar y financiar este proyecto académico. Igualmente al Ingeniero Camilo Lenin Guerrero por el apoyo y orientación en el manejo de la calidad del agua. A la profesora Vilma Yolanda Gómez y sus estudiantes del proyecto de arawanas por realizar la alimentación, biometrías y permitirnos trabajar en conjunto.

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