Universidad Veracruzana Facultad de Biología

“Implementación de un sistema acuapónico urbano bajo invernadero en la ciudad de Xalapa, Ver.”

TESIS PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL DE LA CARRERA DE LICENCIADO EN BIOLOGÍA

PRESENTA:

Diego Alfredo Kanchi Díaz DIRECTOR: Yadeneyro de la Cruz Elizondo

Xalapa de Enríquez, Veracruz, México

12 de Abril del 2013

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RECONOCIMIENTOS:

A todos los académicos que hicieron este proceso posible…. ¡¡ gracias!!

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DEDICATORIA:

A MI MADRE, POR CRIARME LIBRE Y LOCO

Y

A TODA LA FAMILIA QUE CON EL PASAR DEL TIEMPO Y ESTANCIA EN XALAPA LOGRE FORMAR

¡GRACIAS

POR SU APOYO Y BUENOS RECUERDOS! FUERON, SON Y SERÁN UNA PARTE MUY

IMPORTANTE A EN MI VIDA…… ¡GRACIAS!

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ÍNDICE:

Resumen ..................................................................................................................................... 7 I. Introducción ............................................................................................................................ 8 II. Antecedentes ........................................................................................................................ 11 III. Hipótesis ............................................................................................................................. 14 IV. Objetivos ............................................................................................................................ 14 General. ............................................................................................................................ 14 Específicos ......................................................................................................................................14

V. Marco contextual ................................................................................................................. 15 VI. Materiales y Métodos ......................................................................................................... 15 VII. Resultados y Discusión ..................................................................................................... 20 VIII. Conclusiones ................................................................................................................... 27 IX. Recomendaciones............................................................................................................... 27 X. Literatura citada ................................................................................................................... 29 XI. Anexo ................................................................................................................................. 31

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ÍNDICE DE FIGURAS:

Figura 1. Esquema general de un sistema acuapónico. ................................................................ 10 Figura 2. Pasos a seguir para la construcción y funcionamiento del sistema. ................................. 15 Figura 3. Abrazaderas tipo Omega. ............................................................................................ 16 Figura 4. Ensamblaje de los arcos y la base del invernadero. ........................................................ 16 Figura 5. Vista esquemática del invernadero. .............................................................................. 17 Figura 6. Esquema de distribución del nodo. .............................................................................. 18 Figura 7. Detalle del sifón de campana. ...................................................................................... 19

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ÍNDICE DE GRÁFICAS:

Grafica 1. Dinámica de la ganancia de peso (en gramos) de las tilapias. ............................... 22 Grafica 2. Dinámica de la temperatura. ................................................................................... 24

ÍNDICE DE TABLAS: Cuadro 1. ................................................................................................................................. 26

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RESUMEN En este trabajo se implementó un sistema acuapónico para la producción complementaria de alimentos en espacios urbanos restringidos, como una respuesta a la escasez de alimentos sanos libres de compuestos tóxicos, así como para contribuir a la economía familiar. Se presenta de manera didáctica el diseño e implementación de un invernadero urbano de azotea para la producción de proteína animal, mediante el cultivo de tilapias (Oreochromis niloticus), y la obtención de vegetales frescos dando seguimiento a las variables del nodo acuapónico durante los 6 meses que estuvo montado este sistema de producción, específicamente de Mayo a Octubre del 2011. Las variables monitoreadas durante el periodo de prueba del sistema fueron: la temperatura diaria en el invernadero, el pH del agua, la producción a través del peso en gramos de la biomasa animal y la producción de vegetales. Los resultados muestran que los peces mantuvieron la ganancia de peso a pesar de un descenso en la temperatura, de aproximadamente 4oC a lo largo de los seis meses del cultivo. Las tilapias en el quinto mes de cultivo (Septiembre), llegaron al peso reportado como apto para su consumo, obteniéndose un peso máximo de 165g por pez, dejando de comer al sexto mes (Octubre) debido probablemente a las bajas temperaturas. El pH se mantuvo constante (7.25+0.25) a lo largo de los 6 meses de cultivo gracias al sustrato (tepezil) utilizado como soporte de los vegetales, el cual sirvió como amortiguador contra la acidez producida por las excretas de las tilapias. Las hortalizas cultivadas llegaron a una talla aceptable para su consumo, libre de pesticidas y fertilizantes químicos. Se concluye que este tipo de módulos son fáciles de construir y manejar en espacios urbanos restringidos, además de brindar un apoyo complementario para suministrar proteína animal y biomasa vegetal cultivadas de manera orgánica.

Palabras clave: cultivos urbanos, invernadero, acuaponía.

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INTRODUCCIÓN En la declaración universal de los derechos humanos, el articulo 25 menciona que “toda persona tiene derecho a un nivel de vida adecuado que le asegure, así como a su familia, la salud y el bienestar, y en especial la alimentación, el vestido, la vivienda, asistencia médica y los servicios sociales necesarios; tiene a si mismo derecho a los seguros en caso de desempleo, enfermedad invalidez, viudez, vejez u otros casos de pérdida de sus medios de subsistencia por circunstancias independientes de su voluntad”.

Actualmente, bajo el modelo de la industrialización neoliberal estos principios no se cumplen, el campo ha quedado subordinado a las demandas energéticas y de consumo de las personas que viven en las ciudades, profundizándose la relación de dominación de unos sobre otros, y la ciudad está sumida en un proceso creciente de desarticulación dirigido por criterios arbitrarios y especuladores sobre como planificar el territorio. En el ámbito de la alimentación, el riesgo y la incertidumbre se apoderan de las lógicas de convivencia y se hacen aún más visibles las relaciones de poder que se establecen entre el ciudadano y las corporaciones agroalimentarias transnacionales (Saravia 2008).

La historia siempre ha ligado la supervivencia del hombre a los recursos con los que cuenta, el crecimiento demográfico actual y su posible aceleración, unido a la escasa disponibilidad de alimentos para satisfacer la demanda mundial, en donde más de la mitad de la población esta subalimentada, nos enfrenta al mal más terrible: el hambre (Ramos, 1982).

La expansión de la población ha ocasionado una presión mayor en la producción para que pueda satisfacer las necesidades alimentarias, generando un deterioro constante en el medio ambiente disminuyendo así la cantidad y la calidad de los productos (FAO, 2011). La FAO, en su informe sobre agricultura a nivel mundial, sigue advirtiendo sobre la necesidad de extender las tierras de cultivo un 12.5% sobre el total actual de aquí al 2015 (Fernandéz, 2006). Dichas tierras se encuentran en países de América Latina y África, lo que significa que esta extensión se haría en detrimento de bosques y selvas tropicales, a pesar de lo sobre explotadas que están estas zonas y del peligro ecológico que eso conlleva.

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En México en el año 2008 se sembraron 21,902,572.7 hectáreas de cultivos y se cosecharon 20,502,833.7 hectáreas, sin embargo esto no es suficiente para atender las necesidades de toda la población mexicana. Aunado a esto, se produjeron 845,950 toneladas de agroquímicos como: fertilizantes, pesticidas y herbicidas (INEGI, 2008).

El uso de estos no sólo afecta los productos agrícolas que ingerimos, sino también el agua de los mantos freáticos y el aire que respiramos. Además de contaminar los cultivos, los convierte en productos con valor nutrimental y calidad bajos e incrementa los costos de manufactura. Esto solamente hablando de los vegetales, en cuanto a la producción de carne los costos y el espacio necesario es mayor, limitando la accesibilidad de la proteína animal necesaria para una nutrición adecuada a la mayoría de la población (FAO, 2011).

Con el pasar del tiempo, la población aumenta mientras que la calidad de las tierras de cultivo y la producción de las mismas decae constantemente, lo que indica que es necesario llevar a cabo una renovación en las estrategias de producción de alimentos, basándose en sistemas sustentables que además protejan los recursos naturales como el suelo y los cuerpos de agua (Ramírez, et al 2009).

Ante esta situación existen varias soluciones como los huertos familiares, los cuales pueden brindar hortalizas frescas en forma intensiva y continua durante todo el año aún en regiones frías donde se recomienda el uso de un invernadero. La implementación de un huerto familiar debe tomar en cuenta el número de integrantes de la familia para saber el tamaño del espacio a sembrar, inicialmente se usa una superficie pequeña y a medida que el(los) responsable(s) se familiariza(n) con las condiciones de crecimiento de las hortalizas y se acumule experiencia el área del huerto se puede ampliar (SAGARPA, en prensa).

Una buena opción para complementar el huerto familiar, es que esté diseñado para llevar a cabo cultivos orgánicos, para lo cual hay que tener en cuenta que este tipo de cultivos siguen ciertos principios como lo son: no destruir la tierra con pesticidas químicos sintéticos para controlar

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plagas y enfermedades, mantener la diversidad biológica de los cultivos, y mejorar el suelo con composta natural y rotando cultivos (Instituto del Medio Ambiente Gylania 2001).

Otra de las posibilidades son los cultivos hidropónicos ya que permiten producir hortalizas frescas, sanas y abundantes en espacios pequeños de las viviendas, con un consumo reducido de agua y trabajo físico pequeño aprovechando en muchas ocasiones elementos desechados, lo cual disminuye los costos fortaleciendo la economía familiar (FAO, 2003).

En las zonas urbanas existen varios espacios para realizar cultivos familiares como son: las azoteas verdes, terrazas, ventanas, cultivos de interior, macetas, cajones, pequeños sistemas hidropónicos donde se pueden realizar cultivos verticales; lo importante es tener en cuenta el lugar y el espacio que destine a este cultivo. Otra alternativa novedosa para resolver los espacios reducidos en las zonas urbanas es la implementación de sistemas acuapónicos (Fig. 1).

Figura 1. Esquema general de un sistema acuapónico.

La acuaponía puede definirse como el conjunto de un sistema hidropónico y uno de acuicultura recirculante (Rakocy et al., 2006). Tomando en cuenta a la hidroponía como un sistema de

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cultivo sin tierra que se basa principalmente en utilizar el agua como medio para brindar los requerimientos nutrimentales necesarios para el desarrollo óptimo de las plantas (Alpízar, 2008). Así mismo la acuicultura se puede definir como el cultivo de animales y plantas acuáticas (Hepher y Pruginin, 1991). Los beneficios de los sistemas acuapónicos son (Mateus, 2009): a) No afectación de cuerpos de agua ni el deterioro del suelo. b) Integración y utilización de desechos orgánicos generados por peces, que metabolizados por acción bacteriana sirven como fuente de nutrientes para plantas. c) Posibilidad de adaptarse a casi a cualquier espacio. d) No requieren de equipos costosos. e) Pueden participar todos los integrantes de la familia. f) Promueve el autoconsumo.

Este trabajo tuvo como finalidad diseñar y montar un sistema de cultivos urbanos bajo invernadero con la técnica de acuaponía, para demostrar que es una técnica viable para producir alimentos en la ciudad. Este sistema debía ser eficiente brindando alimentos de origen tanto de origen vegetal como animal, ser de costo bajo y fácil manutención; además, en el pueden participar todos los integrantes de la familia promoviendo la unidad de la misma y el auto consumo.

II. ANTECEDENTES A mediados de la década de los 80´s, comenzaron los intentos por integrar la acuicultura y la hidroponía, pero se obtuvo un éxito limitado (Sanders y McMurtry, 1988 en Diver, 2006). Para finales de esta misma década se innovó la tecnología utilizada, lo que permitió que la combinación de las dos técnicas de producción antes mencionadas fueran exitosas y viables para la producción de alimentos, a esto se le denominó acuaponía (Diver, 2006).

McMurtry y Sanders, en 1988, fueron los pioneros en experimentar con el recirculamiento del efluente proveniente de un tanque de tilapia que se dirigía a camas rellenas de arena, las cuales - 11 -

contenían jitomate y pepino que actuaban como filtro, además el único “fertilizante” que se añadía era el alimento de tilapias con 32% de proteína (Diver, 2006).

En la década de los 90, Speraneo modificó el método de McMurtry y Sanders construyendo camas especiales para hidroponía con grava de rio dentro de un invernadero casero; después lo dimensionó a una talla comercial llamando “nodo” al conjunto de estanque y camas. Fertilizando sólo con alimento con 40% de proteína y un tanque de cultivo de algas, cosechando tilapia entre los 7 y 12 meses con un peso de 680 Kg, añadía también polvo de roca en las camas (Durham, 1992).

En México, el Departamento de Acuicultura del Centro de Investigación Científica y Educación Superior (CICESE) llevó a cabo un experimento utilizando los efluentes de un sistema de recirculación acuícola, donde se cultivó tilapia nilótica (Oreochromis niloticus) junto con un cultivo de fresa (Fragaria ananassa variedad camarosa) (Segovia, 2008). Durante el experimento se determinó la tasa de crecimiento de las tilapias y determinó que para producir un kilogramo de tilapia eran necesario dos kilogramos de alimento, también determinó la remoción de compuestos nitrogenados y fósforo. En lo que respecta al cultivo de fresa se detectaron ciertas deficiencias por lo que fue necesario adicionar Potasio (K), Calcio (Ca) y Hierro (Fe).

Por otra parte Acuicultura del Desierto S. de P.R. de R.L. se ha dedicado a producir comercialmente especies acuícolas de tilapia y trucha arco-iris, así como hortalizas orgánicas y especies aromáticas desarrollando sistemas tecnológicos agroindustriales, siendo este último donde se ha dado mayor enfoque (Strassburger, en prensa).

En la materia de ingeniería acuícola en el laboratorio de ciencias marinas, de la Universidad Autónoma de Guadalajara ubicado en Barra de Navidad, Jalisco, se realizaron ensayos con sistemas de acuaponía con el objetivo de contribuir al conocimiento de esta técnica de producción acuícola. Para lo anterior sembraron 30 tilapias en un estanque de fibra de vidrio y 16 plántulas de pepino en canaletas de fibra de vidrio rellenas con tres volumetrías diferentes de sustrato, contando con una pendiente de 10º para permitir que por gravedad el agua filtrada regresara al tanque. Posteriormente, 15 días después de introducir las tilapias sembraron bacterias nitrificantes - 12 -

en las camas y en 15 días más sembraron las plantas; adicionalmente realizaron experimentos acuapónicos similares utilizando 3 canaletas de fibra de vidrio para el cultivo de jitomate bola (Ulloa-Gómez et al., 2005).

Los trabajos anteriores fueron desarrollados para volúmenes industriales, probando la efectividad del proceso. En este trabajo se diseñó e implementó un prototipo de invernadero urbano con un sistema acuaponico de fácil instalación y manejo, a bajo costo, para poder complementar la alimentación familiar de una manera sana, considerando que todos los integrantes de la familia puedan participar tanto en su instalación así como en su mantenimiento diario.

El tipo de pez que se utilizó fue tilapia nilótica, la misma especie que se ha utilizado para realizar la mayoría de los estudios de acuaponía debido a su fácil manejo y reproducción, y a que es adecuado para el consumo; aunque cabe mencionar que este tipo de cultivos también se pueden realizar con peces de ornato. La clasificación taxonómica de la especie utilizada se muestra a continuación: Phylum:

Cordados, (poseen sistema nervioso).

Subphylum:

Gnastothomata, (posee mandíbulas).

Clase:

Osteichthyes, (peces óseos).

Subclase:

Actinopterygi, (aletas con radios).

Orden:

Perciforme (forma de perca).

Suborden:

Percoidei (perca de agua dulce).

Familia:

Ciclidae (escamas en forma típica de disco suave en su curvatura, de borde más o menos circular).

Género:

Oreochromis (incubadores bucales).

Especie:

Oreochromis niloticus (del Nilo).

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III. HIPÓTESIS

La implementación de sistemas acuapónicos en los espacios de azoteas son una alternativa viable y adecuada para la producción de alimentos complementarios para autoconsumo familiar en las zonas urbanas.

IV. OBJETIVOS

Objetivo general: Implementar un sistema acuapónico para la producción complementaria de alimentos en espacios restringidos en zonas urbanas.

Objetivos particulares: 1.

Diseñar un sistema acuapónico viable en zonas urbanas.

2.

Documentar la construcción y seguimiento del sistema acuapónico diseñado para la producción de proteína animal y vegetales para complementar la alimentación familiar.

3.

Validación del sistema acuapónico por medio de la producción obtenida en biomasa y costo eléctrico.

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V. MARCO CONTEXTUAL El presente estudio se realizó en la azotea de una casa ubicada en la zona centro de la ciudad de Xalapa de Enríquez, Veracruz; localizada geográficamente entre las coordenadas 19º 32´ de latitud norte y 96º 55´ de longitud oeste. El clima que impera en la región de Xalapa es templado húmedo regular, con temperatura media anual de 18ºC. Durante el invierno la temperatura está por debajo de la media debido a los constantes vientos del norte que entran al estado. En el verano y a principios del otoño se presentan lluvias abundantes. La precipitación media anual es de 1,520.7 milímetros de agua.

VI. MATERIALES Y MÉTODOS A continuación (Fig. 2) se presenta el diagrama de flujo seguido en la realización de este proyecto. Posteriormente se desglosara con detalle cada una de las etapas.

Construcción del invernadero.

Siembra de semillas.

Medición mensual de organismos acuáticos y parámetros

Construcción del nodo.

Aclimatación del sistema (Inoculación de bacterias)

Cosecha de los cultivos.

Aclimatación del sistema.

Introducción de Tilapia.

Limpieza sistema.

Figura 2. Pasos a seguir para la construcción y funcionamiento del sistema.

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CONSTRUCCIÓN DEL INVERNADERO

La estructura del invernadero se construyó en la azotea de la casa ubicada en la calle de Belisario Domínguez No. 55 de la Ciudad de Xalapa, Veracruz. Este espacio ocupa una superficie de 90 m2. Las dimensiones del invernadero fueron de 3 x 4 x 2.5 m y se construyó de la siguiente manera: -

Una base de 3x4 m de tubos de PVC hidráulico de 1”, unidos al piso con abrazaderas de metal tipo omega (Fig. 3).

Figura 3. Abrazaderas tipo Omega utilizadas para fijar la base del invernadero.

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Un tubo de 4 m (largo de la base) se corto a una distancia de 2 m y se unió con un conector “T” del mismo material, y se le colocaron codos de PVC hidráulico de 90° en los extremos. Tanto las T’s como los codos son las uniones de los arcos a la base (Fig. 4).

Figura 4. Ensamblaje de los arcos y la base del invernadero.

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El invernadero se construyó con tres arcos de tubo PVC hidráulico de 1” y 6 m de largo para dar una altura de 2.5 m, éstos fueron acoplados a los codos y las T´s. Antes de colocar los arcos se hicieron perforaciones con un taladro para colocar tornillos de cabeza plana de 2.5”, que sirvieron de unión a las costillas. La distancia entre las tres costillas fue de 1.5 m. Para brindarle mayor rigidez a la estructura se perforo una distancia aproximada de 5 cm arriba de las uniones de los arcos (codos y T´s) para colocar los refuerzos horizontales de la estructura (Fig. 5).

Figura 5. Vista esquemática del invernadero proyectado.

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La estructura se forró con plástico de invernadero y malla antiáfidos, para este propósito se construyeron grapas del mismo tubo de PVC de 1”. Se cortaron tramos de 5 cm aproximadamente, cortándolos de manera horizontal. Se debe tomar en cuenta que la malla debe de ir por encima del plástico para evitar rasgaduras.

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CONTRUCCIÓN DEL NODO.

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Se construyó una base de madera para las camas de cultivo en forma escalonada tomando en cuenta que los tanques de agua puedan salir libremente para su limpieza (Fig. 6).

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Se utilizaron dos barriles de plástico de 200 L cortados por la mitad a fin de tener cuatro camas de 100 L cada una.

Figura 6. Esquema de distribución del nodo indicando el área de producción animal y vegetal.

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Las camas se perforaron con una broca circular de 3/8 para colocar el drenaje, el cual se hizo con un sifón de campana que constó de un rebosadero de 1” de diámetro marcando la altura a la cual deseamos que llegue el nivel del agua. Con un tubo de PVC de 2” y su tapón de registro se construyó la campana, en el extremo sin tapón se le hicieron unos cortes de 1 cm de largo, quitando unos y dejando otros para permitir que el agua entre (Fig. 7). Se colocó un tubo de 4” con muchas perforaciones para evitar la entrada del sustrato.

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Figura 7. Detalle del sifón de campana usado en las camas de cultivo.

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Se procedió a colocar las tuberías que están conectadas a los rebosaderos.

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Completado el paso anterior se llenaron las camas de sustrato evitando que entrara al tubo que protege la campana, para evitar obstrucciones en las tuberías.

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Los estanques se llenaron con agua potable y se introdujeron las bombas de agua conectadas a un temporizador análogo para mantenerlas en funcionamiento durante 12 hrs. al día, permitiendo que recirculará el agua. Se verificó que no existieran fugas.

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El nodo se dejó en funcionamiento durante dos días para permitir que el cloro se evaporara.

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Se introdujeron 40 tilapias (Oreochromis niloticus) con un peso de entre 50 – 90 g en etapa de alevín.

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Pasados 15 días se inocularon las camas con bacterias nitrificantes de la marca comercial Biopro, con una densidad de 40 mL de bacteria por cada 100 L de agua.

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Se dejaron pasar 15 días más para sembrar las plantas de lechuga, alfalfa y albahaca.

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Las tilapias se pesaron mensualmente se pesaron con una pesa romana de la marca Pesola modelo 500, graduada de 5 en 5 g con un peso máximo de 500 g.

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Mensualmente se monitoreó el pH con un potenciómetro de pluma de la marca Gain Express Holdihngs Ltd, modelo 8685 con un error de medición de + 0.2 unidades de pH.

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Diariamente se tomó la temperatura con un termómetro digital marca KTJ modelo TA318.

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Para valorar el costo eléctrico, se acudió a las oficinas de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) para solicitar una tabla aproximada de consumo de energía eléctrica de los aparatos comunes (ver anexo).

VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Siguiendo la metodología y el diseño del invernadero y nodo definido para este trabajo se procedió a la construcción de los mismos teniendo en cuenta las dimensiones del espacio de azotea disponible. El espacio efectivo para la construcción de la base del invernadero fue de 12 m 2 (3 x 4 m) y el área del nodo fue menor a 6 m2, situándolo al centro del invernadero con la finalidad de permitir el acceso libre alrededor del mismo. Con todos los materiales de construcción disponibles y siguiendo la metodología planteada, el tiempo para el ensamblado de toda la estructura fue de un día entre dos personas.

Una vez que el invernadero y el nodo quedaron instalados, hubo que asegurarse de que no existieran fugas de agua en el sistema, esto ayudó a evitar contratiempos cuando el sistema se puso a funcionar. El siguiente paso fue la instalación del sistema de irrigación teniendo en cuenta el numero y capacidad de los contenedores de agua, para este caso en particular el volumen total de agua se repartió en cuatro camas de 100L cada una, las dos primeras se irrigaban con una bomba de 2000 L/h de 40 watts y las siguientes dos camas con un sifón de campana con el que drenaban a un tanque de captación, que con ayuda de otra bomba de 1000 L/h de 11.5 wats se hacía recircular el agua al estanque de las tilapias.

La ventaja de utilizar el sifón de campana es que con este sistema las camas se vacían casi por completo de manera automática, sin necesidad de bombas, permitiendo la aireación de la raíces

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con lo cual se beneficia el desarrollo de las plantas y de las bacterias nitrificantes en el sustrato (Fox et al., 2010). El agua utilizada fue tomada del sistema de agua potable corriente, aunque no fue el objeto de estudio de este trabajo, se pudo verificar que esta agua es adecuada para este tipo de cultivos con la recomendación de dejarla recirculando por un periodo de al menos 24 hrs para permitir la evaporación del cloro a fin de no afectar a los organismos utilizados en el sistema (peces y bacterias).

Pasadas las 24 hrs para la evaporación del cloro se introdujeron cuarenta tilapias (O. niloticus) en etapa de alevines y con un intervalo de peso de entre 40 a 90 gramos/pez. Se escogió esta especie debido a que es resistente a enfermedades, se reproduce con facilidad, consume una gran variedad de alimentos y tolera aguas con bajas concentraciones de oxigeno disuelto. Aunado a esto la mayoría de las especies de tilapia pueden crecer en aguas salobres y algunas se adaptan al agua de mar (International Center for Aquaculture Swingle Hall Auburn University, en prensa). Además de ser una variedad de pez ampliamente conocido y es aceptado como alimento debido a su sabor; además, brinda un contenido proteínico del 22.34% por cada 100gramos (Izquierdo et al., 2001). Es importante mencionar que en este sistema se pueden cultivar gran variedad de peces, incluyendo los de ornato, que si bien no aportan proteína animal a la dieta familiar si son una opción de remuneración económica (Ramírez et al., 2009).

Después de introducir las tilapias, se dejaron pasar quince días para permitir la acumulación de desechos orgánicos ricos en amonio, producto de las excretas de las tilapias. Una vez transcurridos quince días se procedió a la inoculación de las bacterias nitrificantes para acelerar la conversión de amonio a nitritos y de nitritos a nitratos. Las conversiones bioquímicas que llevan a cabo estas bacterias son vitales para el funcionamiento del sistema, ya que tanto el amonio como el nitrito son altamente tóxicos para los peces, incluso a concentraciones muy bajas, mientras que el nitrato sólo lo es a concentraciones bastante altas, pero a su vez estos constituyen la fuente de nitrógeno asimilable por las plantas del sistema acuapónico (Ramírez y Sabogal et al., 2008).

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Durante los seis meses que estuvo instalado el sistema, las tilapias se estuvieron alimentando con alimento comercial (Apibagre), el cual contenía 32% de proteína. La ración de alimento diaria se ajustó al 5% de la biomasa total de las tilapias siguiendo la metodología de Ulloa et al., es por esto que fueron pesadas cada mes (Ulloa-Gómez et al., 2005). Como se muestra en la gráfica 1 la ganancia en peso fue constante a lo largo del cultivo, notándose un decremento en el mes de octubre. Se logra observar que los intervalos entre los valores máximos y mínimos se mantuvieron constantes los dos primeros meses (mayo y junio). En el mes de julio se empieza a notar un incremento mayor en el aumento de peso, haciéndose más patente en el mes de agosto, y para el mes de septiembre dicho intervalo se mantiene. La dinámica de ganancia de peso parece indicar que hubo estrés entre la población, resultando en que los peces más grandes accedieran a más recursos (espacio y alimento) relegando a los organismos con pesos menores. Este fenómeno es muy común entre las poblaciones naturales donde los individuos con ventajas mayores (peso, talla, etc.) tienen mayor acceso a los recursos para su supervivencia (Begon et al., 1999).

180 160 140

Gramos.

120 100

promedio

80

minimos

60

maximos

40 20 0 mayo

junio

julio

agosto

septiembre

octubre

Meses.

Gráfica 1. Dinámica de la ganancia de peso (gr) de O. niloticus durante los seis meses de cultivo en el sistema acuapónico. Las líneas negras representan la desviación estándar.

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En septiembre, quinto mes de crecimiento en el sistema acuapónico, se cosecharon 16 tilapias una vez que alcanzaron el peso reportado como adecuado para el consumo (150 gr). Esto repercutió en los valores del peso promedio que se observan en la gráfica 1, dando la impresión de que hubo una reducción en el peso de septiembre a octubre debido a que con la cosecha disminuyo el número de peces en el cultivo. En este mes se observaron 7 individuos nuevos producto de un ciclo reproductivo en el sistema; seguramente éstos no fueron los únicos, por lo que se asume que el número bajo de crías se debió a hubo canibalismo por parte de los peces adultos más grandes y fuertes. Dado que estos individuos nuevos no estaban considerados desde el inicio del trabajo, fueron pesados pero no fueron tomados en cuenta para el reporte de promedio de pesos.

La dinámica observada puede ser sólo parte de una dinámica mayor donde la cosecha de proteína animal está dada por la talla deseable de los organismos cultivados. De esta manera se pueden establecer ciclos de cosecha cada seis meses, con lo cual también se estarán liberando los recursos necesarios, espacio y alimento, para los individuos de tallas menores propiciando su desarrollo.

Otro de los factores que influyó en la dinámica de ganancia de peso de las tilapias, es que al adquirirlas no se sexaron debido a que el productor-proveedor aseguró que todos los alevines que se adquirieron eran machos, pero en realidad eran 3 machos y 37 hembras. Debido a que las tilapias son muy precoces para la reproducción, se asume que parte de la energía de las hembras en lugar de dirigirse al crecimiento y engorda fue destinada para la producción de huevos y crías. Este imprevisto se puede evitar primero asegurándose de adquirir sólo machos, o segundo con cultivos monosexo para evitar la pérdida en la producción de proteína por eventos reproductivos (García-Ulloa, 2010).

Durante los seis meses que estuvo montado el nodo acuapónico, la temperatura no varió de forma significativa ni se presentó una disminución abrupta durante los primeros cinco meses, lo que - 23 -

influencio positivamente sobre el funcionamiento del nodo acuapónico. La temperatura más alta fue durante el mes de mayo y la más baja en el mes de octubre (Grafica 2), debido a la llegada del otoño. No obstante la variación estacional, ésta no tuvo un efecto pronunciado sobre la temperatura, la diferencia entre la temperatura más alta y la más baja fue de cuatro grados centrígados. 35

30

Temperatura.

25 20 promedio 15

minimos maximos

10 5 0 Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Meses.

Gráfica 2. Dinámica de la temperatura durante los seis meses de funcionamiento del sistema acuapónico. Se muestran los valores máximos y mínimos, las líneas negras representan la desviación estándar.

A pesar de que la temperatura descendió de manera gradual durante los meses de cultivo, la ganancia de peso en las tilapias se mantuvo constante hasta el mes de septiembre (Gráfica 1). En el mes de octubre se observó que las tilapias redujeron la ingesta de alimento, lo cual coincide con otros estudios en los que se reporta que estos peces dejan de comer en respuesta a las temperaturas bajas ya que reducen su tasa metabólica. En otros estudios se ha observado que esta especie muestra su desempeño reproductivo óptimo en un rango de 25 a 29oC, mientras que para el crecimiento y ganancia de peso (engorda) es de 25 a 30oC (Bocket, en prensa).

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Otro de las variables que se estuvo monitoreando fue el pH, el cual se mantuvo en un intervalo de 7 a 7.5 durante los seis meses que se mantuvo el sistema acuapónico. La determinación periódica del pH fue importante ya que se ha reportado que variaciones en el mismo pueden afectar el rendimiento del sistema, debido a que las bacterias nitrificantes actúan mejor a pH alcalinos, alrededor de 8.5, aunque para la acuaponía se reportan valores óptimos para la producción de peces, bacterias y plantas entre 6.5 y 7 (Tyson et al., 2004). En las condiciones experimentales de este trabajo los valores de pH se mantuvieron relativamente constantes (7.25+0.25) por lo que se asume que la estabilidad del pH del sistema se logró gracias a que las camas estaban llenas de tepezil, y dado la naturaleza de este material (silicatos y carbonatos), no sólo funcionó como sostén de las plantas sino también como un amortiguador que reguló el pH.

La lechuga y la alfalfa se sembraron por el método de voleo, y se obtuvieron 3.800 Kg de lechuga y 1 Kg de alfalfa; de esta última se realizaron dos cosechas ya que al cortarla vuelve a crecer. También se sembraron 8 semillas de albahaca, todas germinaron logrando el desarrollo de 8 matas robustas. Se observo que las lechugas estaban sembradas muy cerca, por lo que se procedió a separar algunas; estas matas de desarrollaron muy bien y alcanzaron el tamaño optimo para consumo, mientras que las que no se separaron no se desarrollaron muy bien y alcanzaron un tamaño más pequeño pero aún así fueron comestibles.

Además de valorar el funcionamiento del cultivo acuapónico en azoteas, en este trabajo se evaluó la factibilidad en cuanto al monto de los recursos financieros necesarios no solo para adquirir los materiales utilizados en la construcción del invernadero y nodo sino también el costo de la energía eléctrica consumida (Cuadro 1). Se calculó que el consumo eléctrico fue de 51.5W/h lo que equivale a 38.316 KW/h al bimestre. Partiendo de que el costo establecido por CFE por cada KW/h consumido es de 0.7570 centavos los primeros 150 KW/h, 0.9240 centavos los siguientes 130KW/h y por arriba de este consumo el precio de cada KW/h es de $ 2.70, el costo del consumo eléctrico del sistema implementado no rebasó el tope de 150 KW/h, por lo tanto el consumo eléctrico en promedio fue de $ 29.00 cada dos meses, manteniéndolo encendido solo durante 12 hrs gracias al temporizador análogo con siclos de 15 minutos prendido y 15 minutos

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apagado. Con esto se demostró que el pago del consumo eléctrico del sistema implementado no implicó un gasto elevado, por lo que la inversión de $ 87.00 en energía eléctrica durante los seis meses que el sistema estuvo funcionando está al alcance del presupuesto de una familia con ingresos promedio.

Cuadro 1. Costos de los diferentes rubros empleados en la implementación del sistema acuapónico urbano.

RUBRO:

COSTO:

CONTRUCCION DEL INVERNADERO CONSTRUCCION DEL NODO

821.00 3,232.00

ENERGÍA ELECTRICA

87.00

VARIOS (ALEVINES, SEMILLAS)

50.00

TOTAL:

$ 4, 190.00

En el cuadro anterior se muestran los costos totales de los diferentes componentes del sistema acuapónico, invernadero + nodo, diseñados y construidos; los costos pueden variar según la calidad, marca y casas proveedoras de los materiales empleados (ver anexo). Algunos de los materiales pueden ser de reúso, con lo cual los costos se pueden amortizar. El último rubro es el mantenimiento eléctrico ya expuesto previamente. El costo total inicial pudiera parecer alto para una familia de clase media, sin embargo, este se amortiza en el transcurso de vida útil del sistema en cuanto a la cantidad de proteína animal y vegetales utilizados para alimentar a la familia (60 meses).

Como resultado de este ejercicio se tienen documentados los materiales, los pasos para la construcción del invernadero y del nodo, así como los pasos para la inoculación de bacterias, tilapia y hortalizas. Esta documentación puede servir como modelo para la implementación y mejoramiento de otras experiencias de esta naturaleza.

La validación del sistema se logró al producir proteína animal (tilapias) y hortalizas (lechugas, albahaca y alfalfa) en el módulo implementado aunque con algunas restricciones. Respecto al

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costo energético se puede concluir que su desarrollo no implica un gasto que impacte negativamente la economía familiar.

VIII. CONCLUSIONES  El sistema acuapónico implementado en este trabajo es viable para la producción complementaria de alimentos en espacios restringidos en zonas urbanas ya que logró producir proteína animal y hortalizas.  El diseño empleado para el invernadero resultó ser eficiente en espacio y para el mantenimiento de las condiciones de cultivo.  los materiales de construcción son fáciles de adquirir y la construcción del nodo no tiene complicaciones económicas ni estructurales.

IX. RECOMENDACIONES

La producción de proteína animal, de acuerdo a lo reportado, se puede aumentar bajando la densidad de la población de tilapias o aumentando el número de camas para optimizar la filtración y el número de plantas sembradas. Lo cual ayudaría a tener una mayor producción de plantas y un mayor peso en las tilapias.

Se recomienda que al adquirir las tilapias estas se encuentren bien sexadas o sexualmente revertidas para que todos los individuos sean de un mismo sexo, de preferencia machos, ya que estos adquieren peso más rápido que las hembras, debido a que estas últimas gastan energía en la producción de huevos quedándose más pequeñas o incluso enanas. Esto merma la producción o puede dar pie a nuevos individuos, que en caso de ser vistos se recomienda separarlos para que no exista canibalismo y se puedan lograr hasta etapas adultas.

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Es recomendable realizar un semillero con el fin de obtener plántulas que puedan ser trasplantadas cuando tengan un tamaño adecuado, para brindarles el espacio correcto dentro de las camas y no se roben espacio entre sí, propiciando un mayor crecimiento en menor tiempo, dando como resultado una mayor producción.

En cuanto a la estructura, esta puede ser modificada para tener mayor resistencia si es que se hace en una azotea. Si se plantea para un traspatio, en el cual se cuenta con tierra, se puede omitir la base y fijar los arcos directo al suelo con la ayuda de unas estacas de varilla metálica, ya sea enterradas 30 cm o con unas bases de cemento igualmente enterradas.

Es recomendable para un control más preciso sobre la calidad del agua, monitorear otras variables como la cantidad de oxigeno disuelto (OD), la presencia de amonio, nitritos y nitratos, esto con la intención de mantener un mejor control sobre los organismos vivos y poder obtener una mejor producción.

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X.

LITERATURA CITADA.

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XI.

ANEXOS

ANEXO 1. MATERIALES UTILIZADOS Cantidad (pza.)

Precio x unidad (M.N.)

Tubo de PVC hidráulico de 1” de 6m.

8

54.70

437.60

Tubo de PVC hidráulico de ½ de 6m.

1

34.60

34.60

Tubo de PVC de 2” de 2m.

1

20.00

20.00

Material.

Total.

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Tubo de PVC de 4” de 3m.

1

38.50

38.50

Codos de PVC hidráulico de 90º de ½”.

4

12.00

48.00

Codos de PVC hidráulico de 90º de 1”.

4

13.00

52.00

T de PVC hidráulico de 1”.

2

12.50

25.00

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Codos de PVC hidráulico de 90º de 1” con rosca hembra.

4

13.50

54.00

Coples de PVC hidráulico de 1” con rosca macho.

4

15.50

62.00

Tapones para tubo de PVC de 2”

4

7.50

30.00

Tambos de plástico de 200L

2

120.00

240.00

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Estanque de 310L.

1

400.00

400.00

Estanque de 900L

1

850.00

850.00

Bomba de 2000L.

1

550.00

550.00

Bomba de 1000L

1

220.00

220.00

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Abrazaderas metálicas de uña de 1”.

4

8.00

32.00

Tonillos con cabeza de hexágono.

4

3.00

12.00

Taquetes de plástico

4

2.00

8.00

Tornillos de carro con tuercas de 2½”.

15

8.00

120.00

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Polines de madera

4

100.00

400.00

Tablas.

6

70.00

420.00

Plástico de invernadero

1

510.00

510.00

Total: $4,053.00

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ANEXO 2. DIFERENTES ASPECTOS DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA ACUAPÓNICO.

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