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1
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO TRIÂNGULO MINEIRO – Campus Uberaba
MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA
DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE SISTEMA
AQUAPÔNICO COM BIOFLOCOS
UBERABA, MG
2016
2
PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA
Desenvolvimento e avaliação preliminar de sistema aquapônico com
Bioflocos
Dissertação apresentado ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro - Campus Uberaba – como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos.
Orientadora: Profa. Dra. Claudia
Maria Tomás Melo
UBERABA, MG
2016
3
PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA
Desenvolvimento e avaliação preliminar de sistema
aquapônico com Bioflocos
Dissertação apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em
Ciência e Tecnologia de Alimentos
do Instituto Federal de Educação,
Ciência e Tecnologia do Triângulo
Mineiro – Campus Uberaba, como
requisito parcial para a obtenção
do título de Mestre em Ciência e
Tecnologia de Alimentos.
Aprovada em _____/_____/_____
BANCA EXAMINADORA
Profa. Dra. Claudia Maria Tomás Melo IFTM - Campus Uberlândia (Orientadora)
Profa. Dra. Nara Cristina de Lima Silva IFTM - Campus Uberlândia
Profa. Dra. Vicelma Luiz Cardoso
UFU - Universidade Federal de Uberlândia
4
Dedico esse trabalho
aos meus pais e
irmãos, os quais
sempre me apoiaram
na conquista deste
título tão almejado.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha orientadora Profa. Dra. Claudia Maria Tomás Melo,
pelas inúmeras orientações, pela ajuda, apoio, incentivo e por toda a sua
experiência que obtive ao longo do mestrado. Não há palavras para a expressar
minha gratidão.
Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência e
Tecnologia de Alimentos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia
do Triângulo Mineiro – Campus Uberaba, que contribuíram para a minha
formação.
Aos professores, Prof. Dr. Wilson Wasielesky Jr. e Prof. Dr. Dariano
Krummenauer pela oportunidade de trabalhar na equipe e por participar do
Projeto Camarão da FURG.
Ao André Freitas e Aline da Costa Bezerra pela constante ajuda com o
experimento durante o estágio que realizei na FURG na aprendizagem do
sistema de bioflocos.
A todos os técnicos e funcionários, em especial ao Wilson Boitrago, que
concedeu apoio para a realização deste projeto.
Enfim, agradeço a toda minha família e aos amigos por todo apoio e
compreensão recebidos ao longo do mestrado.
6
RESUMO
O acúmulo de compostos nitrogenados, nos cultivos intensivos na aquacultura
com fins comerciais, pode ocasionar efeitos nocivos ao meio ambiente, como a
eutrofização das águas receptoras desses dejetos, entre outros, afetando a
sobrevivência de outros animais, sendo, também, nocivo aos animais que ali
estão sendo criados. Pesquisas estão sendo desenvolvidas para minimizar
esses impactos no ambiente e, para tanto, uma tecnologia que está em
desenvolvimento é o sistema BFT (Biofloc Technology System), na qual os
produtos nitrogenados gerados são transformados, pelas comunidades
bacterianas autotróficas e heterotróficas, em proteína microbiana e em
nitrogenados menos tóxicos para a aquicultura, neste caso o nitrato. Existem
técnicas que aproveitem esses compostos e auxiliam no processo de
transformação dessas substâncias nitrogenadas. A aquaponia é uma técnica
que está sendo utilizada em pequena escala; nessa técnica, utiliza-se a criação
de animais da aquicultura (peixes, camarões, etc.) por meio dos nitrogenados
gerados para o cultivo de plantas. Nesse cenário, o presente trabalho procurou
estabelecer uma nova tecnologia, unindo estas duas técnicas, a de BFT e a
Aquaponia, com o intuito de reduzir os nitrogenados gerados pela criação na
aquacultura intensiva e a aquaponia. O presente estudo foi realizado no IFTM -
Instituto Federal do Triangulo Mineiro – Campus Uberlândia (zona rural) - local
em que foi realizado um protótipo com 4 tanques, sendo dois com hidroponia e
Bioflocos e dois apenas com Bioflocos. Para o controle da água dos tanques
foram realizadas análises diárias de pH, Temperatura (Cº), Condutividade e
Oxigênio (OD) dissolvido. Também foram monitorados os parâmetros Amônia
Total, Nitrito, Nitrato, Alcalinidade, Cor e Turbidez no sistema. Os resultados
experimentais demonstraram pouco aumento de biomassa da cultura de alface,
bem como reduzido desenvolvimento das tilápias cultivadas, indicando a pouca
viabilidade deste sistema no início do processo do desenvolvimento do sistema
de bioflocos. Quanto aos nitrogenados dos tanques, evidenciou-se o declínio do
teor de amônia como a formação de nitrito e nitrato no meio.
Palavra Chave: BFT, Biofloco, Aquaponia, hidroponia.
7
ABSTRACT
The accumulation of nitrogenous compounds in intensive crops in aquaculture for
commercial purposes, can cause harmful effects to the environment, such as
eutrophication of receiving waters such waste, among others, affecting the
survival of other animals, and is also harmful to animals there are being created.
Searches are being developed to minimize these impacts on the environment
and, therefore, a technology that is being developed is the BFT system (Biofloc
Technology System), in which the generated nitrogen products are transformed
by autotrophic and heterotrophic bacterial communities in microbial protein and
less toxic to aquaculture nitrogen, in which case the nitrate. There are techniques
that take advantage of these compounds and assist in the process of
transformation of nitrogenous substances. Aquaponics is a technique that is
being used on a small scale; this technique uses the creation of aquaculture
animals (fish, shrimp, etc.) through the nitrogen generated for the cultivation of
plants. In this scenario, this study sought to establish a new technology,
combining these two techniques, the BFT and Aquaponics, in order to reduce
nitrogen generated by the creation in intensive aquaculture and aquaponics. This
study was conducted in IFTM - Federal Triangulo Mineiro Institute - Campus
Uberlândia (countryside) - where it was made a prototype with 4 tanks, two with
hydroponics and Bioflocos and two only Bioflocos. To control the water tanks
were carried out daily analysis of pH, temperature (Cº), Conductivity and Oxygen
(DO) dissolved. the Total Ammonia parameters, Nitrite, Nitrate, Alkalinity,
Turbidity and color in the system were also monitored. The experimental results
showed little increase in lettuce crop biomass and reduced development of
cultured tilapia, indicating little feasibility of this system at the beginning of the
process development bioflocos system. As the nitrogen tank, evidence of the
decline of content as ammonia to nitrite and nitrate formation in the medium.
Key-words: BFT, Biofloc, Aquaponic, hydroponic.
8
FIGURAS
Pg.
Figura 01 - Esquema da montagem do sistema de aquoponia- hidroponia
23
Figura 02: Variações médias das concentrações de amônia total (mgL-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes
32
Figura 03: Variações médias das concentrações de Nitrito (mgL-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes
33
Figura 04: Variações médias das concentrações de Nitrato (mgL-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes
34
Figura 05: Variações da condutividade elétrica (µS.cm-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes nos tanques T01, T02, T03 e T04
35
Figura 06: Cor (PtCo) da água nos tanques com bioflocos
36
Figura 07: Turbidez (NTU) da água nos tanques com bioflocos
36
Figura 08A e 08B - Turbidez no Sistema de Bioflocos após 32 dias
37
Figura 9A e 9B - Ilustração das plantas (alface) acopladas ao sistema aquopônico com bioflocos após o fim do ciclo
38
Figura 10 - Peso da biomassa do cultivo da alface no fim da pesquisa.
39
Figura 11 - Variação média de peso (g) de peso dos peixes no fim da pesquisa preliminar.
39
Figura 12 – Dados dos peixes mortos durante o experimento
40
9
TABELAS
Pg.
Tabela 01 - Porcentagem de carbono e fator de equivalência das diferentes fontes de carbono
29
Tabela 2 – Parâmetros físicos e químicos da água (médias ± desvio padrão).
29
Tabela 03: Médias ± Desvio padrão dos valores do desempenho
zootécnico dos peixes no período de 15/02/2016 a 16/03/2016
31
10
SUMÁRIO
Pg.
1 - Introdução 12
2 – Objetivos 14
2.1 – Objetivo Geral 14
2.2 – Objetivos Específicos 14
3 – Revisão da literatura 14
3.1 - Piscicultura extensiva 14
3.2 – Piscicultura Semi-intensiva 15
3.3 - Piscicultura intensiva 15
3.4 - A aquacultura 16
3.5 – Hidroponia
18
3.6 - Aquaponia 19
3.7 - Bioflocos
21
4.0 – Material e Métodos 22
4.1 – Local do experimento 22
4.2 - Montagem do sistema de Aquaponia 22
4.3 - Análises físicas e químicas da água do sistema de aquoponia 24
4.3.1. Coleta de amostra para análises físicas e químicas
24
4.3.2 - Medidas de pH, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e
Condutividade
24
4.3.3 - Adição de Carbono 25
4.3.4 - Determinação de turbidez 25
4.3.5 - Determinação da cor 25
4.3.6 - Nitrito e nitrato 26
4.3.7 - Amônia Total 26
4.3.8 - Alcalinidade 26
4.4 - Fases de desenvolvimento do sistema de aquoponia 27
4.4.1. Fase 1: Partida do sistema 27
4.4.2 – Fase 2: Formação dos bioflocos 27
4.4.3 – Adição fonte de carbono
28
11
5 – Resultados 29
5.1 – Parâmetros físicos e químicos da água 29
5.2 - Biometria 31
5.3 – Análises de Amônia, Nitrito, Nitrato, Condutividade, Cor e
Turbidez
31
5.4 - Desenvolvimento das mudas de alfaces a partir da água da
piscicultura
37
5.5 - Biometria dos peixes no sistema de bioflocos 39
5.6 - Desenvolvimento das tilápias no sistema aquopônico
40
6 – Conclusão
40
7 – Referências Bibliográficas 42
12
1 – Introdução
No Planeta, a água, um recurso cada vez mais escasso, pode representar
mais de 70% do peso dos organismos vivos, terrestres e aquáticos. Nesse
sentido, a água é o recurso natural mais importante, sendo essencial para a
sobrevivência e desenvolvimento de todos os organismos vivos (SCHOREDER
et al, 1991).
Com a necessidade de utilizar novas tecnologias para suprir o consumo
de água com o crescimento populacional mundial, técnicas foram desenvolvidas
para auxiliar a produção na aquicultura em que a exploração dos recursos
naturais está a cada dia mais intensivo e assim proporcionando um desequilíbrio
dos recursos aquícolas mundial (AMBIENTE, 2013).
A aquaponia pode ser definida como a criação integrada de peixes para a
alimentação associada ao cultivo de hortaliças. O reuso da água para a
hidroponia, cultivo de plantas sem solo, utiliza os minerais disponibilizados no
sistema de aquoponia para a nutrição das plantas (BERNSTEIN, 2011), sistema
que busca a sustentabilidade. A aquaponia, acoplada ao sistema de hidroponia,
ao reciclar os nutrientes dos peixes para as plantas, também contribui para se
produzir alimentos com menor impacto ao meio ambiente (SILVA et al, 2010).
Na aquaponia, os peixes disponibilizam a maioria dos macronutrientes
(carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, nitrato, amônia e
magnésio) e micronutrientes (boro, cobre, ferro e manganês) os quais as plantas
necessitam para o seu desenvolvimento (AMBIENTE, 2013), sendo que na
hidroponia convencional os nutrientes estão disponíveis para as plantas, na
forma de sais adquiridos em lojas especializadas, que recirculam no sistema até
serem substituídos por uma nova solução (NOGUEIRA et al., 2002).
A tecnologia de bioflocos, acoplada ao sistema de aquaponia, que são
partículas orgânicas em suspensão na água, sobre a qual se desenvolvem
microrganismos (microalgas, protozoários, rotíferos, fungos, oligoquetos,
bactérias heterotróficas e autotróficas) (JANDAKOT; BERRIGAN, 2011),
possibilita a intensificação da aquicultura, serve como fonte suplementar de
alimento, melhorando a conversão alimentar, sem comprometimento da
qualidade da água (AVNIMELECH, 2009). A criação de peixes em sistemas com
bioflocos não necessita de filtros mecânicos ou outro tipo de sistema de
13
recirculação de água, tendo as bactérias como responsáveis pela depuração dos
elementos nitrogenados, potencialmente tóxicos, produzidos pelos peixes, como
amônia, nitrito e nitrato em sistema fechado (KUBITZA, 2011).
O sistema aquapônico vem desenvolvendo um novo conceito no qual o
desenvolvimento sustentável com a responsabilidade social e ambiental, tem
aliado a novos designs inovadores para atender às necessidades do mercado. O
sistema urbano mais difundido no Brasil é o de pequenos aquários, já nos
Estados Unidos da América, Austrália e em alguns países asiáticos já se pratica
essa modalidade de produção, em unidades maiores, há mais de 30 anos
(JANDAKOT; 2011).
A densidade de peixes por m³ é maior, o que faz com que a produção
seja favorável à produção em grande escala, assim como a quantidade de
resíduos gerada no processo de metabolismo e restos de ração, o que se torna
um problema. A partir desta problemática iniciou-se o processo para analisar a
capacidade do aproveitamento desses resíduos na hidroponia utilizando
bactérias nitrificantes. No sistema de aquaponia o substrato das plantas funciona
como filtro biológico transformando a matéria orgânica em sais que são
absorvidos pelos vegetais e a água retorna ao viveiro de peixes com qualidade
para o seu reuso (BERNSTEIN, 2011).
Várias formas de fontes de carbono podem ser usadas, sendo a mais
utilizada o melaço de cana (na forma líquida ou em pó). O resíduo de bala de
festa proveniente de açúcar líquido que é posteriormente solidificado em seu
processo industrial. Sendo um açúcar simples e passado por processos
industrializados e clarificado de consumo humano direto consolidado, facilita a
dissolução do carbono no meio permitindo o crescimento bacteriano e
proporciona uma menor turbidez na água em comparação ao melaço,
melhorando o manejo do sistema (SUITA, 2009).
Baseando-se na importância de produção sustentável, este trabalho teve
o propósito em desenvolver um sistema piloto de aquoponia, utilizando bioflocos
como forma de tratamento da água residuária gerada pelos peixes e diretamente
colocado plataformas de isopor perfuradas, na perspectiva em utilizar os
nutrientes gerados pelo sistema para a produção de alfaces.
14
2 – Objetivos
2.1 – Objetivo Geral
Desenvolver um sistema de aquoponia, utilizando a água do sistema de
bioflocos diretamente na produção de alfaces, tendo como foco a redução dos
compostos nitrogenados gerados pela produção da piscicultura intensiva, e a
produção de alface no mesmo sistema.
2.2 – Objetivos Específicos
- Montagem experimental de um de sistema de aquoponia (produção de peixe e
alface) com bioflocos na fase inicial da formação dos bioflocos.
- Avaliar a viabilidade técnica deste sistema em grande escala.
3 – Revisão da Literatura
3.1 - Piscicultura extensiva
A piscicultura está em pleno crescimento no mundo havendo
possibilidades de ampliar a produção mundial de pescado, estabilizada em
determinados momentos pelo limite da produção pesqueira, na sua maioria
ainda é proveniente dos mares e oceanos. Por outro lado, é uma atividade
causadora de potencial degradação ambiental (ABREU, 2012).
A piscicultura extensiva é a forma mais utilizada nos países de criação em
que o homem interfere o mínimo possível nos fatores de produtividade (apenas
realiza o povoamento inicial do corpo d'água). Caracteriza-se pela
impossibilidade de esvaziamento total do criadouro, impossibilidade de
despesca, ausência de controle da reprodução dos animais estocados, presença
de peixes e aves predadoras, ausência de práticas de adubação, calagem e
alimentação, alimentação apenas da produtividade natural e, pela produtividade
baixa, dificilmente ultrapassa 400 Kg/ha/ano (POLI, 2003).
15
A produção de peixes nesta modalidade depende principalmente de dois
fatores (NASCIMENTO; OLIVEIRA, 2010):
a) capacidade de suporte alimentar do ambiente, ou seja, da
produtividade natural da água que depende da quantidade de nutrientes
(fosfatos, nitratos e materiais orgânicos) da água e do solo;
b) escolha de espécies adequadas;
3.2 - Piscicultura Semi-intensiva
A piscicultura semi-intensiva caracteriza-se pela possibilidade de
esvaziamento total do criadouro, ou o reuso da água por meio de tratamentos
específicos, controle da reprodução dos animais estocados, ausência ou
controle de predadores, presença de prática de adubação, calagem e,
opcionalmente, uma alimentação artificial à base de subprodutos regionais,
manutenção de uma densidade populacional correta durante o período de
cultivo, sendo que a estocagem pode ser de 20 a 30 kg de peixe/m3 para
engorda, sendo a renovação de água de 50 a 100% por dia (FURTADO, 1995).
Este sistema se caracteriza pela maximização da produção de alimento
natural (fito e zooplâncton, bentos e macrófitas), a partir do aporte de minerais
que pode ser feito com adubos orgânicos (esterco de bovinos, suínos, equinos,
etc.) ou químicos (fontes de nitrogênio e fósforo), para servir como principal fonte
de alimento dos peixes (NASCIMENTO; OLIVEIRA, 2010).
3.3 – Piscicultura intensiva
A piscicultura intensiva é o sistema de exploração mais utilizado
atualmente no Brasil no qual os fatores de produção são controlados pelo
homem (FURTADO, 1995).
Caracteriza-se por apresentar densidade populacional elevada de peixes
por volume d'água, alimentação artificial exclusivamente à base de rações
balanceadas, necessidade de alto fluxo de água ou uma recirculação forçada
devido à alta densidade populacional, apresenta alta produtividade, podendo
16
ultrapassar 90 kg/m3, sistema racional de custo elevado, com mão-de-obra
especializada e alto nível de mecanização (CAMPOS, 1998).
No sistema intensivo os viveiros são planejados, escavados com
máquinas e possuem declividade para facilitar o escoamento da água e
despesca dos animais. Nesses sistema ocorre renovação da água, para suportar
a biomassa de pescado estocada e carrear as excretas dos peixes para fora.
Dependendo da disponibilidade e da qualidade da água pode-se estocar
entre 1 a 100 peixes por m2. O fluxo de água é controlado para manter, no
mínimo, um teor de oxigênio dissolvido (OD) de 4 ppm (NASCIMENTO;
OLIVEIRA, 2010)
3.4 - A aquacultura
A aquicultura ou aquacultura é responsável por cultivar organismos aquáticos
em condições controladas como temperatura, oxigênio da água, ideais para a
criação de espécies comercialmente viáveis, podendo ser desenvolvida em água
doce (aquicultura continental), ou em água salgada. (KUBITZA, 2011).
A aquacultura e a pesca, nos últimos anos, obtiveram os maiores índices de
produtividade, abastecendo o mercado mundial com cerca de 140 milhões de
toneladas de peixes, ou 16,6 kg/per capita/ano. Desse total, a aquacultura já é
responsável por aproximadamente 43% do mercado, enquanto nos anos 80,
esse número era apenas de 9% (FAO, 2005). Existe uma tendência do aumento
da aquacultura, pois se sabe que a pesca extrativista não consegue mais
preencher a lacuna deixada por esse segmento no setor (CREPALDI et al,
2006).
O uso racional da água é o desafio com que a humanidade tem se deparado
no seu desenvolvimento humanístico, assim como os recursos naturais
disponíveis no planeta (HUNDLEY, 2013).
No Brasil os sistemas utilizados para a criação de peixes ainda é o
chamado tanque escavado, porém nos últimos anos a atividade vem tomando
um novo rumo com a criação de peixes em tanque rede nos reservatórios.
Entretanto, esta atividade gera muitos resíduos deixando as águas
contaminadas para consumo (RODRIGUES, 2013).
17
A aquacultura ainda possui vários problemas inerentes à sua natureza,
em primeiro lugar ocupa uma grande quantidade de terra e utiliza um volume de
água muito grande para produzir peixes gerando muitos resíduos sem
tratamento (AMBIENT, 2013).
Os efluentes gerados por intermédio das atividades de aquicultura sobre
os ecossistemas aquáticos são: o aumento das concentrações de nitrogênio e
fósforo nos corpos de água e o acúmulo de matéria orgânica nos sedimentos
(ABREU, 2012).
Os efluentes aquícolas são responsabilizados pela poluição da água por
um excesso de materiais orgânicos e nutrientes que são passíveis de causar
efeitos tóxicos agudos aos animais aquáticos e de longo prazo ao meio
ambiente. Essas descargas contêm vários compostos orgânicos e inorgânicos,
principalmente amônia, fósforo e carbono orgânico dissolvido (MCINTOSH et al,
2000).
As características dos efluentes de aquicultura podem apresentar
variações em função da espécie cultivada, intensidade do cultivo, manejo
alimentar e nível de tecnologia empregada. Nesse sentido, a caracterização do
impacto de cada cultivo sobre a água utilizada depende de avaliações
individualizadas. Essa avaliação do impacto é fundamental para a melhoria do
manejo, visando à produção de efluente com menores concentrações de
nitrogênio, fósforo, material particulado em suspensão e demanda bioquímica de
oxigênio (BIALLI et al, 2015).
Em um sistema harmônico, o uso de agrotóxicos não é utilizado, os
grandes problemas que existiam no início dos anos 40 quando foram
introduzidos os primeiros agrotóxicos sintéticos, porém após várias décadas de
uso intenso, tornou-se evidente que estes produtos químicos prejudicam outros
organismos, desenvolvendo um desequilibro ecológico, comprometendo a
cadeia alimentar de várias espécies e outras se alimentando de plantas
contaminadas e repassando estes contaminantes para as suas espécies
predadoras (ODUM, 1983).
Em sistemas tradicionais os herbicidas podem entrar nos sistemas
aquáticos por aplicação direta para controle de ervas daninhas, dispersão de
aplicações aéreas ou terrestres, podendo ser transportados no solo e contaminar
18
cursos d’água e águas subterrâneas por meio do escoamento superficial ou “run-
off” e por lixiviação (ABREU, 2012).
3.5 - Hidroponia
A hidroponia é uma técnica, desenvolvida por Allen Cooper em 1965 e
originalmente denominada “Nutrient Film Technique” (NFT), que consiste na
passagem de uma lâmina de solução nutritiva por um leito contendo as plantas
(FURLANI, 1995).
No cultivo hidropônico, ou fluxo laminar de solução, a solução nutritiva é
bombeada em um reservatório passando pelas raízes das plantas nos canais de
cultivo e voltando ao reservatório por gravidade (FAQUIN et al, 1998). Esse
sistema tem revelado alto rendimento e reduções de ciclo em relação ao cultivo
no solo (FURLANI, 1999).
A hidroponia, termo derivado de duas palavras de origem grega, hidro =
água e ponia = trabalho, é uma técnica que, segundo FURLANI (1998), está se
desenvolvendo rapidamente como meio de produção vegetal, especialmente de
hortaliças, pois é uma técnica alternativa de cultivo protegido, na qual o solo é
substituído por uma solução aquosa, contendo apenas os elementos minerais
necessários aos vegetais (OHSE et al, 2001)
A técnica de hidroponia pode ser aplicada tanto em escala doméstica
(pequenos vasos) bem como em escala comercial (grandes plantações em
galpões). Uma das plantas mais produzidas nesse sistema é a alface, que é uma
planta herbácea, da família Asteraceae, sendo considerada a hortaliça folhosa
mais expressiva na alimentação do brasileiro (CARVALHO et al, 2005).
Atualmente, os canais de cultivo não utilizam substratos e a sustentação
das plantas é feita através de uma cobertura com orifícios (isopor, lona plástica
de dupla face e “tetrapack®”) que também previne contra a entrada de luz e
aquecimento do sistema radicular das plantas (TEIXEIRA,1996).
O cultivo de alfaces no sistema hidropônico vem-se destacando muito no
Brasil, especialmente pela sua viabilidade e a disponibilidade dos produtos em
períodos de entressafra e garantindo uma regularidade em sua oferta para o
consumidor brasileiro (CASTELLANE et al, 1994).
19
3.6 – Aquaponia
Aquaponia é uma simbiose integrada da piscicultura e da hidroponia,
entre bactérias e absorção de nutrientes pelas plantas geradas pelas mesmas.
Assim, quando se considera o tamanho do tanque de peixes, tem-se que levar
em consideração o tamanho de todo o sistema, projetar e construir um sistema
equilibrado (JAPAN, 2013).
Os sistemas de aquaponia atuais têm auxiliado a resolução de problemas
causados pelos excrementos dos animais aquáticos, pois não há geração de
produtos químicos ou resíduos a serem liberados no meio ambiente;
normalmente há a geração de resíduos orgânicos que podem ser direcionados
para a hidroponia, fechando o ciclo sem desperdício de água (BERNSTEIN,
2011).
As vantagens no sistema de aquaponia são indiscutíveis, pois utiliza-se
resíduos para a produção de alimentos, com um menor custo e menor impacto
ambiental, e todos com uma qualidade superior à convencional. Nesse sistema,
consegue-se disponibilidade maior de alimentos, em uma área menor do que a
convencional, utilizando-se uma quantidade de água reduzida para a produção
de alimentos, o que é muito vantajoso haja vista que, a cada dia, há discussão
sobre o uso racional desse elemento natural que é crucial para a vida
(NOGUEIRA et al., 2002).
O sucesso de um sistema de aquaponia está ligado à filtração biológica e
a sua função em relação ao ciclo do nitrogênio, pois o elevado acúmulo de
amônia, expelido pelos peixes, pode levar ao envenenamento, conhecido como
Síndrome de New Tank, causando danos aos tecidos, especialmente às
brânquias e ao rim dos peixes; além disso ocorrem desequilíbrios fisiológicos, o
crescimento é prejudicado, há a diminuição da resistência a doenças e a morte
(BERNSTEIN, 2011). O envenenamento por nitrito inibe a absorção de oxigênio
pelas células vermelhas do sangue. Conhecida como doença do sangue
marrom, ou metemoglobinemia, a hemoglobina nos glóbulos vermelhos é
convertida em metemoglobina. Esse problema é muito mais grave em peixes de
água doce do que em organismos marinhos. A presença de íons cloreto (Cl-) tem
como finalidade inibir a acumulação de nitrito no fluxo de sangue (ABREU,
2012).
20
Uma porção dos nutrientes fornecidos aos peixes na forma de alimento é
absorvida por eles, sendo a maior parte expelida na forma sólida ou dissolvida
em água o que, nos sistemas integrados, gera compostos nitrogenados que se
aproximam dos valores encontrados em algumas soluções nutritivas para o
cultivo de vegetais (BERNSTEIN, 2011), justificando o sistema aquapônico.
Outro problema comum nesses sistemas é a remoção de partículas
provenientes de alimentos não consumidos pelos peixes. Estima-se que mais de
60% dos alimentos disponibilizados no sistema fica disponível na forma de
partículas; daí a importância de um bom sistema de filtração, pois, 87% do
alimento fornecido normalmente não é aproveitado pelos peixes, sendo
eliminado juntamente com as fezes, com CO2 e com a urina. Uma boa parte
deste resíduo (30%) é sedimentável e o restante do material solúvel na água
(PISICULTURA, 2008).
O nitrogênio é o nutriente que está presente na água residual do sistema,
sob a forma de N-orgânico, por meio das contínuas excretas dos organismos
aquáticos, na forma de amônia. Essa forma de nitrogênio deve ser reciclada pela
ação de bactérias nitrificantes, para ser mais perfeitamente aproveitada pelos
vegetais, sendo que, para que a maior parte do nitrogênio seja convertido em
nitrato por meio da nitrificação, a amônia (NH3), excretada pelos peixes, deve
dissolver-se na água, formando o íon amônio (NH4+) (CORTEZ et al., 2009).
Devido à rápida circulação da água nos sistemas integrados, a nitrificação
pode ocorrer apenas parcialmente e em pequena taxa, razão por que, no
biofiltro, devem ser utilizados areia, pedregulho, cascalho, conchas ou outros
materiais como “estruturas” para fixar as bactérias que, em sua maioria,
pertencem aos gêneros Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus e
Nitrosovibrio. Além disso, deve-se reduzir a velocidade de circulação da água
residual, para aumentar o potencial de nitrificação por meio de maior tempo de
contato com as bactérias (GEE et al., 1990).
Quando liberados, os dejetos da atividade da aquicultura modificam as
características físicas, químicas e biológicas da água dos tanques ou viveiros,
mas esses resíduos orgânicos, após ação microbiológica, fornecem nutrientes
essenciais para o desenvolvimento de plâncton, podendo, quando em excesso,
causar eutrofização do ambiente e alteração da composição de diversos
organismos aquáticos (EMERENCIANO et al, 2013).
21
3.7 - Bioflocos
O Sistema de bioflocos ou BFT (Biofloc Technology System) vem se
popularizando nos últimos anos e foi recentemente considerado como uma
técnica bem sucedida por ser sustentável pelo fato de não realizar trocas de
água ao longo do cultivo (AVNIMELECH, 2007).
O Sistema de Bioflcocos foi desenvolvido inicialmente nos anos 1970 pelo
Ifremer - COP (Instituto Francês para a Exploração do Mar, Centro do Oceano
Pacífico), com diferentes espécies de peneídeos incluindo Penaeus monodon,
Fenneropenaeus merguiensis, Litopenaeus vannameie L. stylirostris
(EMERENCIANO et al, 2013).
O sistema com bioflocos é derivado de sistemas de recirculação da água,
em que não se utiliza filtros mecânicos, nem filtros biológicos convencionais. Os
resíduos orgânicos gerados na produção das fezes, o muco dos peixes e as
sobras de ração são desintegrados e mantidos em suspensão dentro dos
próprios tanques, servindo como substrato ao desenvolvimento de bactérias
heterotróficas, rico em proteínas e outros nutrientes e absorvendo a amônia e
mantendo a qualidade da água. (AVNIMELECH, 1999, MCINTOSH et al, 2000).
A formação de bioflocos ocorre a partir da mudança da razão entre
carbono e nitrogênio (C:N) dos cultivos de peixe que deve se manter entre 15 e
20:1. Isso estimula o surgimento de bactérias heterotróficas, posteriormente
autotróficas nitrificantes, que fazem a assimilação em biomassa bacteriana ou a
oxidação da amônia e assim toda uma sucessão microbiana até a formação dos
chamados bioflocos (AVNIMELECH, 1999).
Entretanto, essa comunidade microbiana pode demorar até seis semanas
para se estabilizar no sistema (GABRIELE et al, 2013). As bactérias são
encarregadas de depurar a qualidade da água, utilizando compostos
nitrogenados potencialmente tóxicos aos peixes como a amônia, o nitrito e o
nitrato para a síntese de proteína e biomassa microbiana, que enriquecem os
bioflocos (ABREU, 2012).
A tecnologia de bioflocos permite a utilização de altas densidades de
estocagem e elevadas produtividades de peixes (10 a 200 kg m-3)
(AVNIMELECH, 2005)
22
4.0 – MATERIAL E MÉTODOS
4.1 – Local do experimento
O experimento foi realizado no setor de piscicultura do Instituto Federal do
Triangulo Mineiro (IFTM) - campus Uberlândia – localizado na Fazenda
Sobradinho.
4.2 - Montagem do sistema de Aquaponia
O protótipo do sistema de aquaponia foi realizado com quatro caixas
d’água de fibra de vidro, cada uma medindo 1,0 x 2,0 x 0,40 m, com capacidade
de 800 litros de água, no setor de piscicultura do IFTM Campus Uberlândia. Para
a primeira batelada dos experimentos foram colocadas 50 tilápias (Oreochromis
niloticus) em cada tanque o peso médio foi de 67 g cada, e comprimento médio
de 15 cm, visando obter produção de peixe e alface conjuntamente, sendo que a
água da criação de peixe fornecerá nutrientes para o desenvolvimento do
vegetal. Em todos os tanques promoveu-se o desenvolvimento de bioflocos com
a presença de bactérias nitrificantes (Nitrosomonas e Nitrobacter) responsáveis
pela remoção do nitrogênio amoniacal e do nitrito e pela incorporação em
biomassa bacteriana, gerando nitrato a ser incorporado pelas plantas
(AVNIMELECH, 2007).
O sistema de aquoponia foi instalado em quatro taques denominados de
tanque 01, tanque 02, tanque 03 e tanque 04 (Figura 01), sendo os
espaçamento usuais em hidroponia de 0,25 a 0,30x 0,25 a 0,30 cm
correspondendo a uma densidade de 11 a 16 plantas por m² (MARINEZ, 2005) e
instaladas quatro placas de isopor perfuradas (seis perfurações em cada placa)
para a locação das mudas de alface, num total de 24 mudas por tanque.
Apenas nos tanques 02 e 04 foram feitos o plantio das mudas de alface
após a partida do sistema, ou seja, quando o teor de amônia alcançava 1 mgL-1.
No taque 01 e no tanque 03 apenas as placas de isopor foram instaladas,
sem o plantio das alfaces. Em todas as perfurações do isopor foram colocados
copos descartáveis com perfurações para que pudesse ocorrer o contato da raiz
das plantas com a água do sistema contendo os bioflocos bem como para que
23
esses copos servissem de proteção às raízes das plantas de forma que não
pudessem ser atacadas pelos peixes.
A alimentação para a engorda foi realizada adicionando-se ração para
alimentação Guabi® pirá 32 (com 32% de proteína) com taxa de alimentação
com orientação do fornecedor de 5% da biomassa. Considerando-se o sistema
intensivo para a pesquisa, e sendo considerada a produtividade sugerida por
AVNIMELECH 2005, utilizamos a densidade de estocagem de peixes de 40
Kg.m-3.
Fonte: Paulo Dias, 2016.
Figura 01: Esquema da montagem do sistema de aquoponia- hidroponia.
As tilápias foram doadas pelo próprio Instituto Federal do Triangulo
Mineiro-Campus Uberlândia. A estocagem foi definida pelo sistema intensivo.
Para o sistema de aeração da água foi colocado um soprador de ar, com
capacidade de produzir 2,0 m³/min com divisores para um ponto em cada caixa
e com um metro de mangueira porosa com diâmetro externo de 1,5 polegadas e
24
interno de 1,0 polegadas. Essas mangueiras foram instaladas no fundo das
caixas para o auxílio da oxigenação e formação dos bioflocos, e,
consequentemente, a manutenção dos sólidos em suspensão, além da
movimentação no sistema, proporcionando uma melhor oxigenação e a
suspenção dos sólidos.
Segundo Lima et al. (2015), o pH ideal para partida e manutenção do
sistema de aquoponia deve ficar em torno de 6,5 a 7,5 e a alcalinidade acima de
20 mg.L-1, enquanto o teor de oxigênio dissolvido na água deve ficar em torno de
3,0 mg.L-1a 7,0 mg.L-1, o que foi observado na pesquisa.
4.3 - Análises físico-químicas da água do sistema de aquoponia
4.3.1. - Coleta de amostra para análise físico e químicas
As coletas de amostras de água nos tanques 01, 02, 03 e 04 foram
realizadas com recipientes plásticos de 500 ml, higienizados. Todas as amostras
coletadas foram identificadas e, então, levadas ao laboratório de Análises físico-
químicas do IFTM – campus Uberlândia no prazo máximo de 1 hora.
4.3.2. - Medidas de pH, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e
Condutividade
Para o controle da água do sistema foram realizadas análises diárias uma
vez ao dia, de pH, temperatura (ºC), oxigênio dissolvido (OD) e condutividade
(µS.cm-1) por meio do medidor multiparâmentro AK 88 da AKSO Brasil.
O controle geral dos parâmetros físico-químicos da água é fundamental,
pois podem afetar de alguma forma a sobrevivência, reprodução, crescimento,
produção ou mesmo o manejo dos peixes, (Amônia Total, Nitrito, Nitrato, Cor,
Turbidez, Alcalinidade) do sistema de aquaponia foi realizado duas vezes na
semana no laboratório de análises físico-químicas do Instituto Federal do
Triângulo Mineiro (IFTM), Campus Uberlândia.
25
4.3.3. - Adição de Carbono
Análises prévias do resíduo de balas foram realizadas com a
determinação do teor de carbono para a adição de carbono orgânico para a
formação do floco microbiano.
O início da produção de bioflocos aconteceu naturalmente no sistema a
partir da existência de amônia, sendo a fonte de carbono, resíduos da indústria
de alimentos, mais especificamente resíduos de balas JUNCO®. A análise do
teor de carbono orgânico foi realizada no laboratório de Química da
Universidade Federal de Uberlândia em equipamento denominado “CHN
Analyser” (Perkin Elmer Serie PE 2400), com o teor de carbono de 36,66 %
deste resíduo de bala analisado. Esta fonte de carbono serve como fonte de
energia para as bactérias que iniciam o processo de consumo de amônia, que é
transformado em nitrito e posteriormente em nitrato, forma que é absorvida pelas
plantas no sistema de aquoponia (KUBITZA, 2011).
4.3.4. - Determinação de turbidez
Para a determinação de turbidez utilizou-se o método nefelométrico que
baseia-se na comparação da intensidade de luz espalhada pela amostra, em
condições definidas, com a intensidade da luz espalhada por uma suspensão
considerada padrão.
Para a determinação da turbidez das amostras (Tanque 01, 02, 03 e 04)
foi utilizado turbidimetro Tecnopon TB-1000. Primeiramente foi realizada a
calibração do equipamento com as soluções padrões em NTU (Nephelometric
Turbidity Unity) (turbidez: 0,8, 80, 800 e 1000 mgL-1). Posteriormente à
calibração, foi feita a leitura da turbidez das amostras em unidades
nefelométricas de turbidez, com as devidas diluições, quando necessário.
4.3.5. - Determinação da cor
A determinação de característica física devido a existência de substâncias
dissolvidas como metais, matéria orgânica, plânctons, geralmente um indicador
da presença destas substâncias e realizada por meio de espectrofotômetro
26
Hach® DR 2800, zerando-se o aparelho com água destilada. Foi utilizado o
comprimento de onda 455nm, gerando o resultado na escala cloroplatinato de
cobalto (PtCo).
4.3.6. - Nitrito e nitrato
A determinação de nitrito, nitrato e amônia foi realizada duas vezes por
semana, em amostras provenientes dos quatro tanques em estudo. Foi utilizado
o método espectrofotomérico proposto por BENDSCHNEIDER et al (1952), e
Instituto Adolfo Lutz (2008), respectivamente para as análises de nitrito e nitrato,
sendo as leituras de absorbância realizadas em especrofotômetro DR 2800
HACH®. Para a determinação de nitrato a leitura da absorbância foi realizada em
205 nm.
Para a construção da curva de calibração para determinação de nitrato foi
utilizada solução de nitrato de potássio 10 mgL-1 com diluições de 1 a 10 mgL-1
e para a nitrito foi utilizado solução de nitrito de sódio anidro 0,345 g/L.
4.3.7. - Amônia Total
O teor de amônia total foi realizado por meio do método da UNESCO
(1983). Para a curva de calibração foram utilizadas soluções cloreto de amônio
com concentrações variando de 1,0 mgL-1 a 10 mgL-1.
A amônia no ambiente aquático pode apresentar-se em duas formas,
ionizada (NH4+) e não ionizada (NH3). O balanço entre as duas formas é
determinado principalmente pelo pH e, em menor grau pela temperatura. Com o
aumento do pH, este balanço muda no sentido da forma NH3, aumentando
exponencialmente sua proporção. Somente a forma NH3 é importante em
termos de toxicidade. (LIN et al, 2001)
4.3.8. - Alcalinidade
Para a determinação da alcalinidade das amostras de água dos Tanques
foi utilizado o método da American Public Health Association (APHA, 1998).
27
Quando o pH atingia valores baixo de 6,5 eram adicionadas 0,05 g/L de
cal hidratada para elevar o pH. (FURTADO, 2013)
A alcalinidade da água é representada pela presença dos íons hidróxido,
carbonato e bicarbonato, a importância do conhecimento das concentrações
desses íon permite a definição de dosagens, todos os íons causadores da
alcalinidade tem características básica. (FURLANI, 1998)
4.4 - Fases de desenvolvimento do sistema de aquoponia
4.4.1. - Fase 1: partida do sistema
Durante a partida do experimento (os três primeiros dias iniciais) foi
adicionado a fonte de carbono orgânico na relação 20:1 (C:N) e mantido o pH
em torno de 7,0 (AVNIMELECH, 1999). Esta relação foi calculada baseando-se
na quantidade necessária para a formação inicial dos bioflocos, neste caso
seguindo a metodologia sugerida por AVNIMELECH, 1999, a seguir foram
realizados os cálculos, foi adicionado 35 g de resíduos de bala de festa
JUNCO® uma vez ao dia durante os três primeiros dias.
Após este período no sistema, foram adicionados resíduos de bala
JUNCO® (fonte de carbono), sempre após as análises semanais de Amônia
total, realizadas no laboratório do IFTM.
4.4.2 – Fase 2: Formação dos bioflocos
A partir do quarto dia de experimento, a adição da fonte de carbono
orgânico (resíduo de bala) foi realizada em função do teor de Amônia Total no
meio, obtido nas análises realizadas em laboratório de análises físico-químicas.
Sempre que a concentração de amônia total nos tanques chegava acima de 1
mgL-1 foi adicionado a fonte de carbono orgânico (resíduos de bala JUNCO®)
na relação 10:1 (C:N) (SAMOCHA et al. 2007 e TACON, 1987), para que
houvesse a redução da carga desta substância que é tóxica para os peixes
acima desta concentração. (AVNIMELECH, 1999). Colocado alfaces a partir do
momento em que a concentração de amônia total chegasse acima de 1,0 mgL-1,
28
isto ocorreu logo na primeira análise após o terceiro dia de experimento,
realizado em laboratório.
A formação do floco ou agregado microbiano ocorre a partir do acúmulo
de matéria orgânica e da disponibilidade de oxigênio no sistema de produção,
quando este é realizado em viveiros ou tanques revestidos com material
impermeável e com mínima ou nenhuma renovação de água. (AVNIMELECH,
1999).
4.4.3 – Adição fonte de carbono
A adição de Carbono orgânico, após a primeira fase, foi realizada
de acordo com os níveis de Amônia Total, obtidos a partir das análises
realizadas no laboratório do IFTM (Instituto Federal do Triangulo Mineiro). O
resíduo de balas JUNCO® (respeitando a proporção de 10:1 (C:N) ) foi triturado
e deixado de molho por 3 horas para ficar em estado líquido. Dez gramas de
carbono orgânico são necessários para converter 1g de nitrogênio total na forma
de amônia em proteína microbiana (EBELING et al., 2006; SAMOCHA et al.,
2007; TACON, 1987)
O princípio da tecnologia dos bioflocos é reciclar nutrientes através de
uma elevada relação carbono/nitrogênio na água, com o intuito de estimular o
crescimento de bactérias heterotróficas que convertem a amônia em biomassa
microbiana, que pode suplementar a alimentação dos organismos cultivados
(AVNIMELECH, 1999; AVNIMELECH ,2007).
Para calcular a quantidade de carbono orgânico (resíduo de bala de festa
JUNCO®) para a conversão do nitrogênio total na forma de amônia (N-AT)
foram estabelecidos os seguintes cálculos sugeridos por SERRA et al (2015).
Correção (g)= (TAN) x C:N x EF x vol. TanK (L) / 1000
(TAN) = total nitrogênio amoniacal (mgL-1), C:N = C/N relação EF = Fator
Equivalente (tabela 01)
Ex.: 1 mgL-1 (amônia) x 20:1 x 2,73 x 640 litros /1000 = 34,94 g de fonte
de carbono.
29
Tabela 01: Porcentagem de carbono e fator de equivalência das diferentes fontes de carbono
Fonte de Carbono % Carbono Fator Equivalente
Resíduo de bala (JUNCO®) 36,66 2,73
Melaço de cana 37,47 2,67
Dextrose 40,89 2,45
Farelo de arroz 43,36 2,31
SERRA et al, 2015
5 – RESULTADOS
5.1 – Parâmetros físicos e químicos da água
As médias dos resultados obtidos para a temperatura (°C), oxigênio
dissolvido (mg.L-1), pH e Alcalinidade (mgL-1) durante o período experimental
(15/02 a 16/03) nos diferentes tratamentos (Tanque 1 a Tanque 4) estão
apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2: Parâmetros físicos e químicos da água (médias ± desvio padrão).
Tratamento Tanque 01* Tanque 02* Tanque 03* Tanque 04*
Temperatura (ºC) 26,53 ± 1,55 26,65 ± 1,90 26,82 ± 1,90 26,95 ± 2,12
O.D (mgL-1) 5,85 ± 0,91 4,83 ± 1,48 5,02 ± 0,98 5,19 ± 0,84
pH 6,76 ± 0,10 7,07 ± 0,48 6,86 ± 0,52 6,91 ± 0,05
Alcalinidade 57 ± 41,24 113 ± 43,34 72 ± 38,02 82,5 ± 37,13
* Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces.
O pH, em todos os tanques, foi próximo de 7,0 sendo em que alguns
momentos foi necessária a adição de cal hidratada para elevar o pH dos
tanques principalmente nos tanques que não continham o sistema de
hidroponia, em que para o pH de 5 a 6 adicionava-se 200 kg de cal hidratado por
1.000 m2 (KUBITZA, 1998) ou 0,05 g/L. (FURTADO, 2013)
A temperatura ideal deve estar em torno de 24ºC a 27ºC, a alcalinidade
desejada superior a 160 mgL-1, amônia inferior a 1,0 mgL-1 e nitrito inferior a
30
0,70 mgL-1 a 200 mgL-1 dependendo da espécie e qualidade da água pois a
concentração de cloreto na água minimiza a toxidade letal, no qual o nitrito oxida
o ferro presente na hemoglobina contida nas hemácias passando do estado
ferroso (Fe 2+) para o estado férrico (Fe 3+), inviabilizando, assim, o transporte
de oxigênio (KUBITZA, 1998).
Segundo KNOTT (1962), as temperaturas mais favoráveis ao crescimento
e produção de alface se situam entre 15ºC e 24ºC, sendo que a alface
americana necessita da mínima de 7ºC. Como temperatura ideal para o seu
desenvolvimento tem-se uma temperatura de 23ºC durante o dia e 7ºC à noite.
Antônio (1998) afirma que temperaturas acima de 40ºC retardam
gradativamente a absorção de nutrientes, enquanto a maior absorção é
conseguida entre 25ºC e 30ºC.
A temperatura ficou próxima a 26°C, em ambos os tanques, sendo que a
temperatura ideal de crescimento das alfaces seria no máximo de 30ºC sendo
que acima desta temperatura as plantas podem entrar no estágio reprodutivo, e
de 6º C como mínima (MARTINEZ, 2005). Já os peixes de 20ºC a 32ºC sendo o
ideal seria de 20ºC a 32ºC (RODRIGUES et al, 2013). Ficando o sistema com a
temperatura média de 26ºC.
O oxigênio dissolvido (OD) na água ficou, em quase todo o período da
pesquisa, dentro do esperado que seria acima de 3,0 mgL-1 (Rodrigues et al ,
2013), porém em alguns momentos houve queda de energia, tendo analisado
pelo medidor multiparâmentro AKSO® AK88, a redução drástica da oxigenação
dos tanques e com isto a sobrevivência dos peixes reduzida em todos os
tanques.
Durante o período do experimento (15/02 a 16/03), o sistema que
apresentou melhor desempenho em relação ao crescimento dos peixes foi o
Tanque 01 (Tabela II), no qual não havia alfaces e a possível explicação para
este comportamento é a maior disponibilidade de oxigênio dissolvido (OD) do
meio durante o período de avaliação, não havendo o mesmo comportamento do
Tanque 03 aonde também não havia alfaces.
O pior desempenho da oxigenação foi o tanque 02, porém a sua
alcalinidade foi a maior pelo fato da queda maior do pH assim teve que adicionar
uma quantidade maior de cal hidratado.
31
Alcalinidade apresentou diferenças mais perceptíveis nos sistema com
hidroponia nos tanque 02 e 04. Quando a alcalinidade atingia valores abaixo de
160 mgL-1 era realizada ajuste da alcalinidade do meio por intermédio da adição
de cal hidratada (AVNIMELECH, 2012). Essa redução da alcalinidade era mais
frequente nos tanques 01 e 03. O ajuste de pH era realizado para uma melhor
absorção dos nutrientes pelas raízes das plantas, sendo que o pH ideal seria em
torno de 6,0 a 7,0, conforme especificado por Martinez (2005). Para o
desenvolvimento dos peixes, o pH ideal deveria ficar na faixa de 6,5 a 8,5
(Rodrigues et al., 2013), enquanto para o desenvolvimento dos bioflocos seria
entre 7,0 a 9,0, conforme Van Wyk (1999).
5.2 - Biometria
A biometria dos peixes (Tabela 03) mostra o crescimento em peso e em
tamanho durante o período de avaliação.
Tabela 03: Médias ± Desvio padrão dos valores do desempenho zootécnico dos peixes no
período de 15/02/2016 a 16/03/2016
Tratamento Tanque 01* Tanque 02* Tanque 03* Tanque 04*
Peso inicial
67,93 ± 16,15 68,53 ± 16,76 69,2 ± 17,06 66,5 ±15,18
Peso final
103,13 ± 34,32 76,76 ± 27,49 70,05 ± 17,19 72,24 ± 26,27
Tamanho Inicial
15,5 ± 1,16 15,64 ± 1,29 15,93 ± 1,19 15,58 ± 1,21
Tamanho Final
16,70 ± 1,87
15,10 ± 1,81 15,02 ± 1,20 14,91 ± 1,79
*Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces.
5.3 – Análises de Amônia, Nitrito, Nitrato, Condutividade, Cor e
Turbidez
As Figuras 02 e 03 mostram o comportamento da concentração de
amônia e nitrito nos tanques durante o período do experimento.
32
(Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces)
Figura 02: Variações médias das concentrações de amônia total (mgL-1) nos tratamentos com
bioflocos durante o cultivo dos peixes.
Conforme observado na Figura 02, o teor de amônia nos tanques elevou
ao longo do tempo, conforme o esperado, isto se deve aos resíduos gerados
pelos peixes provenientes de uma alimentação rica em proteínas, do
fornecimento diário de ração (base 1-5% da biomassa) e da consequente
produção de dejetos, e as sobras da ração fornecida (AVNIMELECH, 1999).
Nos tanques 01 e 03, nos quais não foi realizado o plantio de alfaces, o
teor máximo de amônia do sistema, após três dias da partida, foi de 2,6 e 3,02
mg.L-1, respectivamente, enquanto que nos tanques 02 e 04, tanques nos quais
havia plantio das alfaces, o valor foi, respectivamente, 3,21 e 3,14 mg.L-1.
A queda linear da concentração de amônia nos tanques 02 e 04 (sem
alfaces) iniciaram-se 19 dias após a partida do sistema, diferentemente dos
tanques 01 e 03 (com alfaces). Nesses tanques (01 e 03), a queda aconteceu 15
dias após a partida. O declínio da concentração de amônia (Figura 02) indica a
formação de nitrito (Figura 03) no meio (AVNIMELECH, 1998).
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Am
ôn
ia (
mg
/L-1
)
Tempo (dias)
TQ1
TQ2
TQ3
TQ4
33
Figura 03: Variações médias das concentrações de Nitrito (mg/L-1) nos tratamentos com
bioflocos durante o cultivo dos peixes
Verifica-se que o aumento de nitrito no meio coincide com a queda do teor
de amônia no 15º dia (Figura 02 e 03). Num sistema convencional de aquicultura
(tanques escavados, tanques rede), os compostos nitrogenados do meio são
retirados do sistema por renovação da água, diferentemente do que acontece no
sistema com bioflocos no qual as bactérias presentes são estimuladas a
transformarem os nitrogenados do meio em agregados microbianos ricos em
proteínas, podendo ser utilizados como fonte de alimento para os animais
aquáticos como as Tilápias (AVNIMELECH, 1998). A razão carbono-nitrogênio
(C:N) no meio pode acelerar os processos que estimulam o desenvolvimento
microbiano e com isto a redução das concentrações de amônia na água (AZIM
et al., 2008).
O comportamento da concentração e disponibilidade de nitrato nos
tanques em estudo (Figura 04) mostra a presença desse composto, em
pequenas quantidades, mesmo no início do experimento, com um teor máximo e
tendendo a ficar constante coincidente com o período de queda da Amônia Total
(após 15º dia do experimento) e o aumento do Nitrito e a redução da amônia
nesse mesmo período.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Nit
rito
mg
/L-1
)
Tempo (dias)
TQ01
TQ02
TQ03
TQ04
34
Figura 04: Variações médias das concentrações de Nitrato (mg/L-1) nos tratamentos com
bioflocos durante o cultivo dos peixes
Constata-se um comportamento similar entre os tanques 01 e 03, o que
não ocorreu com os tanques 02 e 04, e isto pode ser explicado pela absorção de
nitrato pelas plantas (alfaces) dispostas nesses tanques.
No solo, a maior parte do nitrogênio absorvido pelas plantas está na forma
de nitrato. No sistema hidropônico, o nitrogênio também é fornecido em sua
maior parte sob a forma de nitrato,(FAQUIN et al. (1994).
A condutividade elétrica (Figura 05), em todos os tanques, apresentou
valores crescentes em função do tempo, mas com menor intensidade nos
tanques 02 e 04, os quais continham o plantio de alfaces, levando a crer que
houve absorção de nutrientes pelas plantas. Como a condutividade mede a
presença de íons em solução, supõem-se, em função dos resultados
experimentais, que há formação de cátions e ânions ao longo do tempo em um
sistema fechado de aquoponia e isto se deve provavelmente à formação dos
compostos nitrogenados, gerados pelos peixes, resíduos da ração e também
pela adição de cal hidratada (ajuste de pH).
0
5
10
15
20
25
Nit
rato
(m
g/L
-1l)
Tempo (dias)
TQ01
TQ02
TQ03
TQ04
35
Figura 05: Variações da condutividade elétrica (µS.cm-1) nos tratamentos com bioflocos durante
o cultivo dos peixes nos tanques T01, T02, T03 e T04
A condutividade elétrica (Figura 05) em todos os tanques evidenciou
valores crescentes em função do tempo, mas com menor intensidade nos
tanques 02 e 04 aonde havia alfaces, levando a crer que houve absorção de
nutrientes pelas plantas. A condutividade mede a presença de íons em solução,
verifica-se que há formação de cátions e ânions ao longo do tempo em um
sistema fechado de aquoponia e isto se deve provavelmente à formação dos
compostos nitrogenados gerados pelos peixes e resíduos da ração e também
pela adição de cal hidratada (ajuste de pH),
Segundo MARTINEZ (2005), a condutividade é um parâmetro expressivo
para o desenvolvimento e acompanhamento de plantas cultivadas em sistema
de hidroponia, sendo que ponto ideal situa-se entre 2,0 mS.cm-1 e 4,0 mS/cm.
Pela Figura 03, observa-se que mesmo após 30 dias de experimento, a
condutividade ainda não se encontra em valores ideais, neste primeiro período
preliminar, para o sistema de hidroponia com valor limite no tanque 04 de
aproximadamente 550 µS.cm-1, o que equivale a 0,55 mS.cm-1.
Na Figura 06 há a representação da Cor no sistema e na Figura 07 o de
Turbidez sendo apresentados os comportamentos e parâmetros da água nos
tanques ao longo do experimento.
0
100
200
300
400
500
600
700
15
-Fe
b
17
-Fe
b
19
-Fe
b
21
-Fe
b
23
-Fe
b
25
-Fe
b
27
-Fe
b
29
-Fe
b
2-M
ar
4-M
ar
6-M
ar
8-M
ar
10
-Mar
12
-Mar
14
-Mar
16
-Mar
Co
nd
uti
vid
ad
e e
létr
ica (
µS
.cm
-1)
Tempo (dias)
TQ 01
TQ 02
TQ 03
TQ 04
36
Figura 06: Cor (PtCo) da água nos tanques com bioflocos
Figura 07: Turbidez (NTU) da água nos tanques com bioflocos.
Os parâmetros cor e turbidez, respectivamente, indicam a presença de
sólidos solúveis e sólidos em suspensão na água. Conforme observado nas
Figuras 06 e 07, os dois parâmetros apresentaram valores crescentes ao longo
do desenvolvimento do sistema. A turbidez é um parâmetro que possui estreita
relação com os sólidos totais e com a quantidade de matéria orgânica no
sistema, consequentemente o aumentado a demanda de oxigênio (BUFORD et
al, 2004).
O tanque 01 e 03 apresentaram praticamente o mesmo comportamento
em relação ao parâmetro turbidez até 19º dia sendo que o tanque 03 apresentou
um aumento dos sólidos em suspensão nos próximos dias do experimento, o
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Co
r(P
tCo
)
Tempo (dias)
TQ01
TQ02
TQ03
TQ04
0
50
100
150
200
250
300
350
15
-Fe
b
17
-Fe
b
19
-Fe
b
21
-Fe
b
23
-Fe
b
25
-Fe
b
27
-Fe
b
29
-Fe
b
2-M
ar
4-M
ar
6-M
ar
8-M
ar
10
-Mar
12
-Mar
14
-Mar
16
-Mar
Tu
rbid
ez (
NT
U)
Tempo (dias)
TQ01
TQ02
TQ03
TQ04
37
que não era esperado comparativamente ao tanque 0 1 pois ambos não tiveram
a presença de plantas com o objetivo de absorver os nutrientes do meio.
A produção de materiais em suspensão (agregados microbianos) os
bioflocos contribuem para o aumento da turbidez do sistema, conforme pode ser
observado pela Figura 08A e 08B.
(A) (B)
Fonte: Paulo Dias, 2016.
Figura 08(A) e 08(B): Turbidez no Sistema de Bioflocos após 32 dias
5.4 - Desenvolvimento das mudas de alfaces a partir da água da
piscicultura
As Figuras 9A e 9B ilustram as mudas de alface após 30 dias de início da
partida do sistema. Embora se tenha observado o crescimento e o aumento do
número de folhas, esperava-se, pelo tempo de contato com a água contendo
bioflocos, que houvesse um maior desenvolvimento da planta, mas isso não
ocorreu, provavelmente devido à pequena concentração de nutrientes,
constatado pelo valor da condutividade nos tanques (Figura 05). Uma explicação
para esse pequeno desenvolvimento seria a falta de nutrientes na forma
absorvível como nitrato (MARTINEZ, 2005).
O nitrato é o produto final da oxidação da amônia e não é um composto
muito importante em termos de toxidez. Conforme COLT et al 1981 a DL50 96
38
h (Dose Letal media em 96 horas) de nitrato para a maioria dos animais
aquáticos varia entre 1.000 mgL-1, e 3.000 mgL-1, e considerada segura para os
animais, uma concentração de até 88,3 mgL-1.
Segundo MARTINEZ (2005), a condutividade das soluções utilizadas na
hidroponia devem estar entre 2,0 mS.cm-1 e 4,0 mS.cm-1, valores superiores aos
do experimento e os valores de condutividade elétrica são proporcionais à
concentração dos vários íons em solução, e da mesma forma ao potencial
osmótico.
(A) (B)
Fonte: Paulo Dias, 2016.
Figura 9(A) e 9(B): Ilustração das plantas (alface) acopladas ao sistema aquopônico com
bioflocos após o fim do ciclo
No tanque 02 foram inseridas 24 mudas de alface com massa inicial
média de 1,11g, sendo que ao final do experimento foram contabilizados 18
mudas de alface com massa média de 5,60g, sendo que dois pés de alface se
destacaram em massa 24,00 e 21,00g. Esse comportamento anômalo pode ser
explicado pela posição no tanque, isto é, na região central, aonde a aeração foi
superior pela posição das mangueiras no sistema.
No tanque 04 também foram feitos o “plantio” de 24 mudas, com massa
média de 1,10 g, sendo que ao final do experimento foram colhidos apenas 19
pés de alface com massa média de 9,13g, sendo que um dos pés de alface
apresentou massa média de 25g.
39
Figura 10: Peso da biomassa do cultivo da alface no fim da pesquisa.
5.5 - Biometria dos peixes no sistema de bioflocos
O aumento do peso médio dos peixes (Figura 11) foi distinto no tanque
01, sendo maior que os demais tanques, para aonde foi observada durante o
tratamento uma maior concentração de oxigênio dissolvido (tabela I) em relação
aos outros tanques. Mesmo porque as tilápias estão perfeitamente adaptadas ao
sistema de bioflocos, tendo a sua capacidade de alimentar por filtração da água,
permitindo a absorção dos bioflocos da água assim o seu crescimento é maior
(AVNIMELECH, 1998).
Figura 11: Variação média de peso (g) dos peixes no fim da pesquisa preliminar.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
TQ02 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 9 10 21 24
TQ04 1.5 1.5 1.5 4 4 4 6 6 6 6 7 8 11 12 15 17 18 20 25
0
5
10
15
20
25
30
Pe
so a
lfac
es
(g)
Nº Alfaces
TQ01 TQ02 TQ03 TQ04
15/fev 67.93 68.53 69.2 66.5
16/mar 103.13 76.76 70.05 72.24
0
20
40
60
80
100
120
Peso
em
Gra
mas
Peso dos Peixes
40
5.6 - Desenvolvimento das tilápias no sistema aquopônico
Durante o experimento houve alguns problemas envolvendo o
fornecimento da energia elétrica do IFTM. Como no local da pesquisa não havia
um gerador para suprir a falta de energia elétrica, o sistema ficou sem aeração
por um período de 4 horas e os níveis de oxigênio dissolvido foram reduzidos
rapidamente devido à grande demanda dos microrganismos (bioflocos) e dos
peixes do sistema. Neste período ocorreu a morte de peixes, e, com maior
intensidade nos dias 26/02/2016 e 02/03/2016 (Figura 12), embora Hayashi
(1995) afirme que as tilápias apresentam crescimento rápido, adaptação ao
confinamento e alta rusticidade. Nessas datas os peixes mortos foram repostos,
após realização da biometria.
Figura 12 - Dados dos peixes mortos durante o experimento.
6 - CONCLUSÃO
O Sistema de aquoponia preliminar respondeu bem às expectativas do
desenvolvimento dos peixes, evidenciado principalmente pelo tanque 01, no qual
não foi necessária reposição dos mesmos. O desenvolvimento das mudas de
alfaces não foi muito expressivo no período de 31 dias de pesquisa, tendo em
vista que a condutividade ideal par a hidroponia deve ficar entre 2,0 mS.cm-1
e 4,0 mS.cm-1 (MARTINEZ, 2005) e estes valores só foram alcançados ao final
0
10
20
30
40
50
26/fev 02/mar 06/mar 10/mar 13/mar
TQ01 0 4 4 1 18
TQ02 47 28 0 2 1
TQ03 35 8 4 1 15
TQ04 37 23 6 0 5
Peso
em
Gra
mas
Dias
41
da pesquisa. Esta baixa condutividade indica falta de nutrientes no meio para
absorção das plantas.
Foi verificado que, para a produção de peixes e plantas pelo sistema de
aquoponia, deve-se ter um controle total do fornecimento de energia, uma vez
que a ausência de aeração do sistema de bioflocos provoca a falta de oxigênio
dissolvido na água e, consequentemente, a morte dos peixes, mesmo em
pequenos períodos de tempo.
A qualidade da fonte de carbono total - resíduos de bala JUNCO® -
utilizada na pesquisa não comprometeu o desenvolvimento do sistema de
bioflocos e o baixo custo deste resíduo alimentar, em relação aos demais
produtos disponíveis no mercado, justifica a sua utilização nesses tipos de
sistema como fonte de energia para o desenvolvimento de microrganismos.
Esta pesquisa mostrou que, para se fazer a montagem de um sistema de
aquaponia em larga escala, há a necessidade de mais estudos de forma a
definir condições ideais específicas, evitando perdas de produção e baixa
produtividade.
.
42
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