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6.1 Introdução

3 years ago

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A água de recirculação na porção aquícola de um sistema aquaponico contém partículas e matéria orgânica dissolvida (POM, DOM) que entram no sistema principalmente através de alimentos para peixes; a porção de alimento que não é consumida ou metabolizada pelos peixes permanece como resíduo na água do sistema de aquicultura de recirculação (RAS) , quer na forma dissolvida (por exemplo, amoníaco) quer sob a forma de sólidos suspensos ou assentados (por exemplo, lamas). Uma vez que a maioria das lamas é removida por separação mecânica, a matéria orgânica dissolvida restante ainda deve ser removida de um sistema RAS. Tais processos dependem da microbiota em vários biofiltros para manter a qualidade da água para os peixes e para converter resíduos inorgânicos/orgânicos em formas de nutrientes biodisponíveis para as plantas. As comunidades microbianas do sistema aquaponico incluem bactérias, archaea, fungos, vírus e protistas em assemblagens que flutuam na composição com base em um fluxo e fluxo de nutrientes e mudanças nas condições ambientais, como pH, luz e oxigênio. As comunidades microbianas desempenham um papel significativo nos processos de desnitrificação e mineralização (ver Cap. 10 e, portanto, têm papéis fundamentais na produtividade geral do sistema, incluindo peixes bem-estar e fitossanidade.

Os desafios dentro de qualquer sistema aquaponico são controlar insumos — água, alevinos, ração, plantlets — e sua microbiota associada para maximizar os benefícios da matéria orgânica e sua quebra em formas biodisponíveis para os organismos alvo. Dado que os parâmetros óptimos de crescimento ambiental e os nutrientes diferem para peixes e plantas (ver Cap. 8), vários sistemas de separação e aeração, e biofiltros contendo conjuntos microbianos relevantes, devem estar situados em pontos estratégicos do abastecimento de água, a fim de ajudar a manter os níveis de nutrientes, pH e oxigênio dissolvido (OD) dentro dos intervalos desejados para peixes alvo e espécies vegetais. De fato, os parâmetros de qualidade da água, incluindo temperatura, OD, condutividade elétrica, potencial redox, níveis de nutrientes, dióxido de carbono, iluminação, alimentação e caudais, afetam o comportamento e a composição das comunidades microbianas dentro de um sistema aquaponico (Junge et al. 2017). Nesse sentido, é importante refinar a configuração e a operação para que cada unidade contribua quantidades adequadas de formas biodisponíveis de nutrientes para o seu sucessor, em vez de permitir a proliferação de patógenos ou micróbios oportunistas que possam consumir a maior parte dos macronutrientes necessários a jusante.

Várias técnicas para a análise de comunidades microbianas podem produzir informações importantes sobre mudanças na estrutura e função da comunidade ao longo do tempo em diferentes configurações aquapônicas. Ao correlacionar essas alterações com a biodisponibilidade de nutrientes e parâmetros operacionais, é possível reduzir a sobreprodução ou subprodução de nutrientes essenciais ou a produção de subprodutos nocivos. Por exemplo, maximizar a recuperação de nutrientes benéficos das plantas a partir de resíduos de matéria orgânica no componente de peixe depende principalmente da capacidade da microbiota para facilitar a degradação de nutrientes dentro de uma série de biofiltros e digestores de lodo, cujo desempenho é baseado em uma série de parâmetros operacionais tais como caudais, tempo de residência e pH (Van Rijn 2013). Uma vez que nem todos os sistemas aquapônicos incluem digestores de lodo, abordaremos este aspecto mais detalhadamente na última metade desta revisão enquanto remetemos o leitor para Chap. 3 para obter mais detalhes sobre técnicas de separação sólida e Chaps. 7 e 8 para discussões sobre o sistema aquaponico acoplado vs dissociado. Se considerarmos aqui apenas partículas dissolvidas e suspensas na água (e não lodo), todos os sistemas aquaponicos empregam uma gama de biofiltros diferentes que expõem os microrganismos ligados à matéria orgânica que passa pelo filtro e fornecem um substrato adequado e uma área de superfície suficiente para ligação microbiana e formação de biofilmes. A degradação desta matéria orgânica fornece energia às comunidades microbianas, que, por sua vez, liberam macronutrientes (por exemplo, nitrato, ortofosfato) e micronutrientes (por exemplo, ferro, zinco, cobre) de volta ao sistema em formas utilizáveis (Blancheton et al. 2013; Schreier et al. 2010; Vilbergsson et al. 2016a).

Há uma investigação agrícola considerável sobre o papel da microbiota no enraizamento das plantas, no crescimento e na saúde. A preponderância desta pesquisa centra-se em sistemas baseados em solo, no entanto, pesquisas sobre hidroponia também têm aumentado nos últimos anos (Bartelme et al. 2018). A microbiota na aquicultura também tem sido igualmente bem caracterizada, onde o papel dos micróbios na saúde dos peixes e na digestão tem recebido considerável atenção à medida que os pesquisadores tentam caracterizar melhor o papel da saúde intestinal na assimilação de nutrientes. Dada a importância da biofiltração em sistemas RAS, as bactérias envolvidas no processo de nitrificação para RAS também foram comparativamente bem estudadas e, portanto, não são abordadas aqui (ver Chaps. 10 e 12). No entanto, tem havido pesquisas relativamente limitadas sobre micróbios no sistema aquaponico, especialmente as interações cruciais da microbiota entre vários compartimentos do sistema. Esta falta de pesquisa atualmente limita o escopo e a produtividade de tais sistemas, onde há considerável potencial de aprimoramento com pré e probióticos, bem como outras oportunidades para melhorar a saúde do sistema aquaponico através de uma melhor compreensão e, portanto, melhor capacidade de controle, o vasto conjunto de microbiota não caracterizada que afetam a saúde e o desempenho do sistema.

Como tal, este capítulo centra-se principalmente em estudos recentes que revelam como e onde as comunidades microbianas determinam a produtividade dentro dos compartimentos, enquanto também destaca o número relativamente pequeno de estudos que ligam essas comunidades microbianas às interações entre componentes e sistema geral produtividade. Tentamos identificar lacunas em que o conhecimento adicional sobre comunidades microbianas possa lidar com desafios operacionais e fornecer insights importantes para aumentar a eficiência e a confiabilidade.


Aquaponics Food Production Systems

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