Avaliação de dois sistemas aquapônicos com a halófita Sarcocornia ambigua (Michx.) Alonso & Crespo para recirculação de água da piscicultura marinha intensiva

Abstract

O tratamento da água da aquicultura em ciclo fechado através da produção hidropônica de biomassa vegetal com interesse econômico é denominado de aquaponia. O cultivo aquapônico pode ser realizado em basicamente dois tipos de sistemas, o “deep water system” ou flutuante (DWS) e o “nutrient film technique” ou leito cultivado (NFT). A Sarcocornia ambigua (Michx.) Alonso & Crespo (Amaranthaceae) é um subarbusto perene, nativo das marismas temperadas e tropicais da costa atlântica da América do Sul e capaz de atingir alta produtividade quando irrigado com efluentes salinos da maricultura. Estas características sugerem um grande potencial desta planta para utilização em sistemas de recirculação de água (RAS; abreviatura inglesa de Recirculating Aquaculture Systems), indispensáveis aos modernos sistemas intensivos de ciclo fechado da maricultura intensiva. O presente estudo teve como objetivo avaliar a capacidade de remoção de compostos nitrogenados e fosfatos da água de recirculação de uma piscicultura marinha intensiva através de dois RAS aquapônicos, constituídos de plantas de S. ambigua crescendo em sistemas NFT e DWS, além de quantificar o crescimento e a produção de biomassa dessa planta. O NFT foi montado em uma bancada hidropônica comercial, com 8 tubos de PVC com 6 m de comprimento acomodando um total de 120 plantas, recebendo água de uma caixa d’água contendo 450 L, com um fluxo de 385,2 L/hora e uma taxa de renovação diária da água de 20,5 vezes. O DWS era composto por um tanque plástico de cultivo (1,89m x 1,26m x 0,42m) de 1000 L com 6 balsas flutuantes contendo um total de 120 plantas, que recirculava água com uma caixa plástica coletora de 60 L, com um fluxo de 61,2 L/hora e uma taxa de renovação diária de 1,5 vezes. O delineamento experimental do trabalho foi composto dos dois RAS aquapônicos citados acima, que receberam água salgada de recirculação de tanques de engorda do cultivo intensivo em ciclo fechado do peixe marinho bijupirá (Rachycentron canadum Linnaeus, 1766). A eficiência na remoção dos nutrientes nos dois RAS aquapônicos foi avaliada em três ciclos de recirculação (C1, C2 e C3) com duração de 72 horas, sendo coletadas amostras de água a cada 24 horas para análises dos compostos nitrogenados, fosfatos e parâmetros da qualidade de água, assim como clorofila a. O desenvolvimento das plantas foi avaliado através de biometria periódica e coleta final da biomassa de caules e raízes. As concentrações de N-NO3, N-NO2, N-NAT (nitrogênio amoniacal total) e P-PO4, bem como salinidade, temperatura e pH durante o experimento se mantiveram dentro dos limites recomendados para o bijupirá. Os cultivos aquapônicos demonstraram um bom potencial de uso para remoção de composto nitrogenados do cultivo intensivo do bijupirá, mas particularmente para o NAT (até 93,3% em 72 horas) e com menor eficiência para o nitrato (até 67,4% em 72 horas). Nos dois RAS, houve grandes

X variações nas taxas de remoção entre ciclos e entre os tempos de retenção nos ciclos, bem como incorporações de nitrito (até 0,15 mg N-NO2/L) e nitrato (até 55,8 mg N-NO3/L) na água de recirculação. Condições significativamente mais acidificadas, associadas aos eventos de incorporações de nitrito e nitrato (marcadamente em DWS durante C2 e C3), sugerem o estabelecimento de uma comunidade de microrganismos caracteristicamente mais nitrificante. Os teores médios de fosfato na água dos tanques de bijupirá aumentaram ao longo das três semanas de experimentação (de 0,56 para 7,60 mg P-PO4/L). Em ambos RAS aquapônicos e em todos os ciclos, o fosfato apresentou altas taxas de incorporação (até 257,1% após 72 horas) na água em recirculação, provavelmente resultante da mineralização do fósforo orgânico dissolvido, originado tanto da comida ofertada como de células fitoplanctônicas mortas. Concentrações médias globais significativamente menores de todos nutrientes ocorreram NFT. As plantas de S. ambigua mostraram um bom desenvolvimento em aquaponia. Um maior crescimento individual foi observado no NFT, onde 88 dias após poda dos caules, as plantas apresentaram médias de altura do caule de 26,4 cm, 5,4 ramificações por caule com comprimento máximo médio de 16,5 cm e uma massa fresca de caule de 36,2 g. O menor crescimento das plantas no DWS pode ter sido ocasionado por baixa oxigenação das raízes, devido ao menor fluxo de água e a ausência de aeração no tanque de cultivo. A produção potencial de biomassa fresca de caules de S. ambigua variou entre 0,62 (NFT) e 1,10 kg/m2/88dias (DWS). Apesar no menor crescimento das plantas, a maior produção de biomassa em DWS ocorreu devido ao maior número de indivíduos por área de cultivo (50,4 plantas/m2) do que no NFT (11,1 plantas/m2). Ambos os sistemas apresentaram um bom potencial de remoção de nutrientes da piscicultura marinha intensiva do bijupirá. Um mais rápido desenvolvimento de plantas de S. ambigua pode ser obtido no NFT, mas um menor uso de espaços e maiores produtividades primárias por área de plantio podem ser obtidas no DWS.

The water treatment of closed-circuit aquaculture systems through the hydroponic production of plant biomass of economic interest is named aquaponics. The aquaponic cultivation can be performed in basically two types of systems, the deep water system or floating (DWS) and the nutrient film technique (NFT). Sarcocornia ambigua (Michx.) Alonso & Crespo (Amaranthaceae) is a perennial sub-shrub, native to the temperate and tropical marshes of the Atlantic coast of South America and capable of achieving high productivity when irrigated with saline effluents from mariculture. These characteristics suggest a great potential of this plant for use in Recirculating Aquaculture Systems (RAS), indispensable to the modern intensive closed-circuit mariculture. The aims of this study was to evaluate the capacity of nitrogen and phosphate removal from the recirculating water of an intensive marine fish culture through two aquaponic RAS, consisting of S. ambigua plants growing in NFT and DWS systems, as well as to quantify the growth and biomass production of this plant. The NFT was set up on a commercial hydroponic bench, with 8 PVC pipes 6 m long accommodating a total of 120 plants, which received water from a water tank containing 450 L, with a flow of 385.2 L / hour and a daily water renewal rate of 20.5 times. The DWS consisted of a 1000 L plastic pool (1.89m x 1.26m x 0.42m) with 6 floating rafts containing a total of 120 plants, which recirculated water with a 60 L collecting plastic box, with a flow of 61.2 L / hour and a daily water renewal rate of 1.5 times. The experimental design of the work was composed of the two aquaponic RAS mentioned above, which received saline water from recirculation of fattening tanks from an intensive of closed-circuit aquaculture systems of the bijupirá marine fish (Rachycentron canadum Linnaeus, 1766) in Rio Grande (RS, Brazil). The efficiency of nutrient removal in the two aquaponic RAS was evaluated in three cycles (C1, C2 and C3) with a duration of 72 hours, and water samples were collected every 24 hours for analysis of nitrogen compounds, phosphates and quality parameters As well as chlorophyll a. The development of the plants was evaluated through periodic biometry and final biomass collection of stems and roots. The concentrations of NO3-N, NO2-N, NAT-N (total ammoniacal nitrogen) and PO4-P, as well as salinity, temperature and pH during the experiment were kept within the limits recommended for bijupirá. The aquaponic cultures showed a good potential of use for the removal of nitrogen compounds from intensive bijupirá cultivation, but particularly for NAT (up to 93.3% in 72 hours) and less efficient for nitrate (up to 67.4% in 72 Hours). In both RAS, there were large variations in the nutrient removal rates between cycles and between retention times inside the cycles, as well as inputs of nitrite (up to 0.15 mg NO2-N / L) and nitrate (up to 55.8 mg NO3-N / L) occur in the recirculated

XII water. Significantly more acidified conditions, associated to input events of nitrite and nitrate (markedly in DWS during C2 and C3), suggest the establishment of more nitrifying microbial community. The mean phosphate levels in the water of bijupirá tanks increased during the three weeks of experimentation (from 0.56 to 7.60 mg PO4-P / L). Concentration of phosphate showed fast increase (up to 257.1% after 72 hours) in the recirculated water, probably due to mineralization of the dissolved organic phosphorus originated from both the rest of food offered and dead phytoplankton cells. Significantly lower overall mean concentrations of all nutrients occurred NFT. S. ambigua plants showed a good development in aquaponics. A higher individual growth was observed in the NFT, where 88 days after cutting of the shoots, the plants reached averages shoot height of 26.4 cm, 5.4 branches per shoot with a maximum branch average length of 16.5 cm and a fresh shoot biomass of 36.2 g. The lowest plant growth in DWS may have been cause by low root oxygenation, due to the slow water flow and the absence of aeration in the pool. Potential production of fresh biomass of S. ambigua shoots ranged from 0.62 (NFT) to 1.10 kg / m2 / 88 days (DWS). Despite of the lower plant growth, the highest biomass production in DWS occurred due to its higher density of cultivation (50.4 plants / m2) than in the NFT (11.1 plants / m2). Both systems presented good potential for nutrient removal from closed-circuit aquaculture systems of the bijupirá. A faster development of S. ambigua plants can be obtained in NFT, but less use of spaces and higher primary productivity per planting area can be obtained in the DWS.