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Aquaponics

Sistemas Aquapônicos Utilizam a Teia Alimentar do Solo para Cultivar Culturas Saudáveis

The Aquaponics Association
8 min

Table of Contents

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

Resumo da Pesquisa

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

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

  • As raízes são um ponto quente de atividade microbiana tanto em sistemas biopônicos quanto em solo.

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

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

2. Quão grande e diversa é a teia alimentar do solo em um sistema biopônico?

  • Sistemas biopônicos têm se mostrado hospedar uma quantidade e diversidade comparáveis de microrganismos ao solo, se não maior.

  • O estudo de caso do Grupo de Trabalho de Hidroponia e Aquaponia do USDA1 sobre tomates hidropônicos encontrou que o número de bactérias, fungos, protozoários e nematoides no sistema estava acima dos níveis esperados para um solo orgânico típico.

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

  • Microrganismos da Teia Alimentar do Solo decompõem sólidos e tornam macro e micro-nutrientes mais disponíveis para as plantas.

  • Microrganismos da Teia Alimentar do Solo fornecem biocontrole e supressão de doenças, melhorando a saúde e qualidade geral das plantas.

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

  • Estudos mostraram que a deterioração das culturas e microrganismos fecais são menos prevalentes em sistemas biopônicos em comparação ao solo.

Introdução

Seja como consumidor, cultivador, formulador de políticas ou proprietário de negócios, todos nós tomamos decisões que afetam onde e como nosso alimento é produzido.

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

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

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

A aquaponia combina a cultura de peixes em recirculação com a produção de plantas hidropônicas e fornece produtos que atendem a muitas demandas dos consumidores. A aquaponia é uma maneira sustentável de produzir peixes e plantas, pois conserva recursos hídricos, recupera efluentes ricos em nutrientes da aquicultura, limita o uso de aditivos químicos tanto para peixes quanto para plantas, e melhora as taxas de crescimento das plantas em comparação à agricultura baseada em solo.

Embora as dinâmicas sejam diferentes, a produção aquapônica depende dos mesmos processos biológicos usados pelas plantas na agricultura baseada em solo. O solo saudável possui um ecossistema extremamente grande e diverso de microrganismos que coexistem em uma relação simbiótica com as plantas. Microrganismos como bactérias, fungos, protozoários, nematoides e outros são responsáveis por uma gama de processos vitais para as plantas, como entrega de nutrientes, supressão de doenças e regulação ambiental. O termo para isso é a Teia Alimentar do Solo.

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

A pesquisa citada neste documento é baseada em sistemas aquapônicos e formas biologicamente ativas de sistemas hidropônicos. O Relatório do Grupo de Trabalho de Hidroponia e Aquaponia do USDA de 2016 se referiu a esses sistemas como “biopônicos”.

1. Onde a Teia Alimentar do Solo Vive em um Sistema Biopônico?

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

  • Certos microrganismos podem excretar uma substância semelhante a um gel que permite que eles “floculem” e permaneçam suspensos na coluna de água. Microrganismos como Pseudomonas sp. e Bacillus sp. excretam substâncias poliméricas extracelulares que permitem que os micróbios se agreguem na coluna de água (Relatório HP/AP).

  • Assim como no solo, as raízes em sistemas biopônicos são um ponto quente de atividade microbiana2.

  • Sistemas aquapônicos têm 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 funcionalidade de certas bactérias, permitindo que prosperem em ambientes específicos para seus parâmetros ideais de crescimento3.

  • Diferenças significativas nas comunidades microbianas foram encontradas em tanques de sistemas de aquicultura em recirculação, filtros de sólidos, biofiltros e água de cultura, representando ambientes únicos e complexos. As comunidades microbianas diferirão de sistema para sistema, refletindo diferentes espécies de cultura de peixes, parâmetros de qualidade da água, ração, pH ou outros fatores4.

2. Quão Grande e Diversa é a Teia 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 hidropônicos5. 10.000.000.000 ufc/grama de raízes foram encontrados em sistemas hidropônicos6.

  • Estudos mostram que sistemas biopônicos têm uma quantidade e diversidade comparáveis - se não maiores - de microrganismos em comparação ao composto e ao solo, respectivamente7.

  • Bactérias, fungos, protozoários e nematoides em meios de cultivo em tomates hidropônicos estão acima dos níveis esperados encontrados em um solo orgânico típico, sinalizando uma alta capacidade de ciclar nutrientes. O ciclo de nutrientes pelos organismos da Teia Alimentar do Solo é tão eficaz em sistemas de produção biopônica que pode assimilar 300 lbs de nitrogênio por acre (Relatório HP/AP).

3. O que a Teia Alimentar do Solo Faz em um Sistema Biopônico?

  • A Teia Alimentar do Solo cicla ativamente nutrientes em sistemas biopônicos. Micróbios liberam enzimas que decompõem a matéria orgânica flutuante, absorvem os nutrientes disponíveis e, eventualmente, tornam esses nutrientes disponíveis para outros micróbios ou para as plantas (Relatório HP/AP).

  • Micróbios ajudam na quelatação de metais para aumentar a absorção de nutrientes nas raízes das plantas (Relatório HP/AP).

  • A Teia Alimentar do Solo realiza biocontrole protegendo as plantas de 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.

  • Bactérias promotoras de crescimento de plantas em sistemas aquáticos sinalizam para as plantas criarem metabólitos secundários como flavonoides e outros antioxidantes que ajudam na supressão de doenças das plantas, fixação de nitrogênio, regulação celular e propriedades de cor7.

  • Micróbios em biofiltros aquapônicos foram encontrados realizando: nitrificação; desnitrificação heterotrófica e autotrófica; redução de nitrato a amônia; e oxidação anaeróbica de amônio.

  • A alface cultivada aquaponicamente tem concentrações significativamente mais baixas de microrganismos de deterioração e fecais em comparação com a alface cultivada em solo9.

Conclusão

A aquaponia é uma maneira sustentável de produzir peixes e plantas, pois conserva recursos hídricos, recupera efluentes ricos em nutrientes da aquicultura, limita o uso de aditivos químicos tanto para peixes quanto para plantas, e melhora a taxa de crescimento das plantas em comparação à agricultura baseada em solo.

Pesquisas mostram que, assim como no solo, sistemas biopônicos empregam a Teia Alimentar do Solo para realizar uma gama de funções vitais. Todos os interessados podem considerar sistemas biopônicos uma excelente opção para fornecer culturas saudáveis e naturais a uma população crescente com impacto ambiental mínimo.

Contribuidores

  • *Autor correspondente: Brian Filipowich, Diretor de Políticas Públicas da Aquaponics Association
  • Sydni Schramm e Josh Pyle, Estudantes de Pesquisa na Cincinnati Hills Christian Academy
  • Kevin Savage e Gary Delanoy, Professores na Cincinnati Hills Christian Academy
  • Janelle Hager, Associada de Pesquisa na Kentucky State University
  • Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

Citações

Citações

  1. National Organic Standards Board. Relatório do Grupo de Trabalho de Hidroponia e Aquaponia. USDA. 21 de julho de 2016. ↩︎

  2. Hrynkiewicz, K., e C. Baum. 2012. O Potencial de Microrganismos da Rizósfera para Promover o Crescimento de Plantas em Solos Perturbados, p. 89-100. Em Estratégias de Proteção Ambiental para Desenvolvimento Sustentável. ↩︎

  3. Munguia-Fragozo, P., O. Alatorre-Jacome, E. Rico-Garcia, I. Torres-Pacheco, A. Cruz-Hernandez, R. Ocampo-Velazquez, J. Garcia-Trejo, e R. Guevara-Gonzalez, 2015, Perspectiva para sistemas aquapônicos: Tecnologias “Ômicas” para análise de comunidades microbianas: Biomedical Research International, v. 2015, Artigo ID 480386, 10 p., DOI 10.1155/2015/480386. ↩︎

  4. Schreier, H., N. Mirzoyan, e K. Saito, 2010, Diversidade microbiana de filtros biológicos em sistemas de aquicultura em recirculação: Current Opinion in Biotechnology, v. 21, p. 318-325. ↩︎

  5. Waechter-Kristensen, B., S. Caspersen, S. Adalsteinsson, P. Sundin, e P. Jensén. 1999. Compostos orgânicos e microrganismos em cultura hidropônica fechada: Ocorrência e efeitos no crescimento das plantas e nutrição mineral. Acta Hortic. 481:197-204. ↩︎

  6. Chave, M., P. Dabert, R. Brun, J. J. Godon, e C. Poncet. 2008. Dinâmicas das comunidades bacterianas da rizoplano submetidas a tratamentos físico-químicos em culturas hidropônicas. Crop Prot. 27:418-426. ↩︎

  7. Taber, Sarah. 7 Fatos que Farão Você Repensar a “Estreilidade” da Hidroponia. Bright Agrotech Blog. 13 de maio de 2016. ↩︎ ↩︎

  8. Schmautz, Z., A. Graber, S. Jaenicke, A. Goesmann, R. Junge, e T.H.M. Smits, 2017, Diversidade microbiana em diferentes compartimentos de um sistema aquapônico: Archives of Microbiology, DOI 10.1007/s00203-016-1334-1, 8 p. ↩︎

  9. Sirsat, S.A., e J.A. Neal, 2013, perfil microbiano de alface cultivada sem solo versus cultivada em solo e metodologias de intervenção para combater análogos de patógenos e microrganismos de deterioração na alface: Foods, v. 2, p. 488-498, DOI 10.3390/foods2040488. ↩︎