Aquaponic Systems Utilize the Soil Food Web to Grow Healthy Crops

Brian Filipowich*, Sydni Schramm, Josh Pyle, Kevin Savage, Gary Delanoy, Janelle Hager e Eddie Beuerlein

Resumo da pesquisa

1. Onde a rede alimentar do solo vive em um sistema biopônico?

• Os micróbios se agregam em todas as superfícies dentro de um sistema biopônico e suspensos na coluna de água.

• As raízes são um hotspot de atividade microbiana em ambos os sistemas biopônicos e no solo.

• Micro nichos dentro dos sistemas fornecem às bactérias condições ideais para o crescimento.

• Diferentes componentes do sistema fornecem ambientes exclusivos e hospedam comunidades microbianas variadas.

2. Quão grande e diversificada é a rede alimentar do solo em um sistema biopônico?

• Verificou-se que sistemas biopônicos hospedam uma quantidade e diversidade comparáveis de microrganismos ao solo, se não maiores.

• O estudo de caso da Força-Tarefa Hidropônica e quapônica do USDA ¹ de tomates hidropônicos descobriu que o número de bactérias, fungos, protozoários e nematóides no sistema estava acima dos níveis esperados para ser encontrado em um solo orgânico típico.

3. O que a rede alimentar do solo faz em um sistema biopônico?

• Os microrganismos da Soil Food Web quebram sólidos e tornam os macro e micro-nutrientes mais disponíveis para as plantas.

• Os microrganismos da Web de alimentos do solo fornecem biocontrole e supressão de doenças, melhorando a saúde e a qualidade geral das plantas.

• Bactérias que habitam a rizosfera das raízes das plantas melhoram os processos celulares com o tecido vegetal.

• Estudos descobriram que a deterioração das culturas e os microrganismos fecais são menos prevalentes em sistemas biopônicos em comparação com o solo.

Introdução

Seja como consumidor, produtor, formulador de políticas ou empresário, todos tomamos decisões que afetam onde e como nossos alimentos são produzidos.

Nosso sistema alimentar está mudando rapidamente devido à convergência de questões globais urgentes, incluindo mudanças climáticas; degradação ambiental; esgotamento da água; insegurança econômica; problemas de saúde devido a dietas e poluição pobres; e rápido crescimento populacional e urbanização.

À medida que moldamos nosso novo sistema alimentar, uma consideração crítica é se mantemos acesso a frutas e vegetais frescos de alta qualidade, particularmente aqueles cultivados de forma sustentável.

Devemos avaliar se novos métodos de cultivo, como aquapônicos, podem fornecer frutas e vegetais frescos cultivados a partir de sementes, com os mesmos processos biológicos simbióticos usados pelas plantas desde o início dos tempos.

A Aquaponics combina a cultura de peixes recirculantes com a produção de plantas hidropônicas e fornece produtos que atendem ao molde de muitas demandas dos consumidores. A aquaponics é uma maneira sustentável de produzir peixes e plantas, pois conserva os recursos hídricos, recupera a descarga aquícola rica em nutrientes, limita o uso de aditivos químicos tanto para peixes quanto para plantas e melhora as taxas de crescimento das plantas em relação à agricultura baseada no solo.

Embora a dinâmica seja diferente, a produção aquapônica depende dos mesmos processos biológicos utilizados pelas plantas na agricultura baseada no solo. Solo saudável tem um ecossistema extremamente grande e diversificado de

microrganismos que coexistem em uma relação simbiótica com as plantas. Microrganismos como bactérias, fungos, protozoários, nematóides e outros são responsáveis por uma série de processos vitais para plantas como entrega de nutrientes, supressão de doenças e regulação ambiental. O termo para isso é a Soil Food Web.

Apesar da falta de solo, a mesma comunidade microbiana diversificada existe em sistemas aquapônicos. Esta Ficha Técnica transmite informações baseadas em pesquisas sobre como os sistemas aquapônicos utilizam a Rede Alimentar do Solo para produzir as culturas agrícolas da mais alta qualidade.

A pesquisa citada neste documento é baseada em sistemas aquapônicos e formas biologicamente ativas de sistemas hidropônicos. O Relatório da Força-Tarefa Hidropônica e Aquapônica USDA 2016 referiu-se a esses sistemas como “biopônicos”.

1. Onde a rede alimentar do solo vive em um sistema biopônico?

• Em sistemas biopônicos, os microrganismos da Soil Food Web se agregam em superfícies sólidas, como raízes, paredes de tanques, tubos, partículas flutuantes e, especialmente, dentro do “biofiltro”, um componente para o propósito específico de abrigar bactérias benéficas.

• Certos microrganismos podem excretar uma substância semelhante a gel que lhes permite “floc” e permanecer suspensos na coluna de água. Microrganismos como Pseudomonas sp. e Bacillus sp. excretam substâncias poliméricas extracelulares que permitem que os micróbios se agregem juntos dentro da coluna de água (Relatório HP/AP).

• Como no solo, as raízes em sistemas biopônicos são um hotspot de atividade microbiana ².

• Os sistemas aquapônicos possuem micro nichos que permitem que as bactérias cresçam e prosperem em áreas que diferem com base na disponibilidade de oxigênio, nutrientes e outros parâmetros de crescimento. Micro nichos podem melhorar a eficácia e a funcionalidade de certas bactérias, permitindo que elas prosperem em ambientes específicos para seus parâmetros de crescimento ideais ³.

• Diferenças significativas nas comunidades microbianas foram encontradas na recirculação de tanques do sistema de aquicultura, filtros de sólidos, biofiltros e água de cultura representando ambientes únicos e complexos. As comunidades microbianas diferem de sistema para sistema, refletindo diferentes espécies de cultura de peixes, parâmetros de qualidade da água, ração, pH ou outros fatores ⁴.

2. Quão grande e diversificada é a rede alimentar do solo em um sistema biopônico?

• Estudos encontraram entre 1.000.000 e 10.000.000 unidades formadoras de colônias por mililitro (ufc/ml) de bactérias e 10 a 1.000 ufc/ml de fungos em sistemas hidropônicos ⁵. 10.000.000.000 ufc/grama de raízes foram encontradas em sistemas hidropônicos ⁶.

• Estudos mostram que os sistemas biopônicos têm uma quantidade e diversidade comparáveis - se não maiores - de microrganismos como composto e solo, respectivamente ⁷.

• Bactérias, fungos, protozoários e nematóides em meios de cultivo em tomates hidropônicos estão acima dos níveis esperados do que o encontrado em um solo orgânico típico, sinalizando uma alta capacidade de ciclo de nutrientes. A ciclagem de nutrientes por organismos da Soil Food Web é tão eficaz em sistemas de produção biopônica que pode assimilar 300 libras de nitrogênio por acre (Relatório HP/AP).

3. O que a rede alimentar do solo faz em um sistema biopônico?

• A Soil Food Web cicla ativamente nutrientes em sistemas biopônicos. Os micróbios liberam enzimas que decompõem matéria orgânica flutuante, absorvem os nutrientes disponíveis e, eventualmente, disponibilizam esses nutrientes para outros micróbios ou para plantas (Relatório HP/AP).

• Os micróbios ajudam na quelação de metais para aumentar a absorção de nutrientes nas raízes da planta (Relatório HP/AP).

• A Soil Food Web realiza biocontrole protegendo as plantas contra patógenos. Uma proporção relativamente alta de amostras de raízes de alface aquapônica encontrou cepas de bactérias implicadas no biocontrole, incluindo Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp., ou Flavobacterium spp. ⁸.

• Rizobactérias promotoras de crescimento de plantas em sistemas à base de água sinalizam plantas para criar metabólitos secundários como flavonóides e outros antioxidantes que auxiliam na supressão de doenças de plantas, fixação de nitrogênio, regulação celular e propriedades de cor ⁷.

• Os micróbios em biofiltros aquapônicos realizam: nitrificação; desnitrificação heterotrófica e auto trófica; redução de nitrato para amônia e oxidação anaeróbia de amônio.

• A alface cultivada aquaponicamente tem uma concentração significativamente menor de deterioração e microrganismos fecais em comparação com a alface cultivada no solo ⁹.

Conclusão

A aquaponics é uma maneira sustentável de produzir peixes e plantas, pois conserva os recursos hídricos, recupera a descarga aquícola rica em nutrientes, limita o uso de aditivos químicos tanto para peixes quanto para plantas e melhora a taxa de crescimento das plantas em relação à agricultura baseada no solo.

Pesquisas mostram que, como no solo, os sistemas biopônicos empregam a Soil Food Web para desempenhar uma série de funções vitais. Todas as partes interessadas podem considerar os sistemas biopônicos uma excelente opção para fornecer culturas naturais e saudáveis a uma população em crescimento com impacto ambiental mínimo.

Colaboradores

• *Autor correspondente: Brian Filipowich, Diretor de Políticas Públicas da Associação Aquaponics
• Sydni Schramm e Josh Pyle, estudantes de pesquisa da Academia Cristã de Cincinnati Hills
• Kevin Savage e Gary Delanoy, professores da Academia Cristã de Cincinnati Hills
• Janelle Hager, pesquisadora associada da Kentucky State University
• Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

Citações

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