Biologia básica de plantas

Esta seção comenta brevemente as principais partes da planta e, em seguida, discute a nutrição das plantas (Figura 6.3). Mais discussões estão fora do escopo desta publicação, mas mais informações podem ser encontradas na seção “Leitura adicional”.

Anatomia e função básica das plantas

Raízes

As raízes absorvem água e minerais do solo. Pequenos pêlos radiculares ficam fora da raiz, ajudando o processo de absorção. As raízes ajudam a ancorar a planta no solo, impedindo que ela caia. As raízes também armazenam alimentos extras para uso futuro. As raízes na cultura sem solo mostram diferenças interessantes em relação às plantas no solo padrão. Na cultura sem solo, água e nutrientes são constantemente fornecidos às plantas, que são facilitadas em sua busca de nutrientes e podem crescer mais rápido. O crescimento radicular em hidroponia pode ser significativo para a absorção intensa e a entrega ideal de fósforo que estimula o seu crescimento. Vale ressaltar que as raízes retêm quase 90 por cento dos metais absorvidos pelas plantas, que incluem ferro, zinco e outros micronutrientes úteis.

Caules

As hastes são a principal estrutura de suporte da planta. Eles também atuam como o sistema de encanamento da planta, conduzindo água e nutrientes das raízes para outras partes da planta, enquanto também transportam alimentos das folhas para outras áreas. As hastes podem ser herbáceas, como o caule flexível de uma margarida, ou lenhosa, como o tronco de um carvalho.

Folhas

A maioria dos alimentos em uma planta é produzida nas folhas. As folhas são projetadas para capturar a luz solar, que a planta usa para produzir alimentos através de um processo chamado fotossíntese. As folhas também são importantes para a transpiração da água.

Flores

As flores são a parte reprodutiva da maioria das plantas. As flores contêm pólen e pequenos ovos chamados óvulos. Após a polinização da flor e fertilização do óvulo, o óvulo se desenvolve em uma fruta. Em técnicas sem solo, a rápida entrega de potássio antes da floração pode ajudar as plantas a ter melhores configurações de frutas.

Frutas/sementes

As frutas são partes desenvolvidas de ovários de flores que contêm sementes. As frutas incluem maçãs, limões e romãs, mas também incluem tomates, berinjelas, grãos de milho e pepinos. Estes últimos são considerados frutos em um sentido botânico porque contêm sementes, embora em uma definição culinária sejam muitas vezes referidos como vegetais. As sementes são as estruturas reprodutivas das plantas, e os frutos servem para ajudar a disseminar essas sementes. As plantas frutificantes têm necessidades nutricionais diferentes do que os vegetais verdes de folhas, especialmente exigindo mais potássio e fósforo.

Fotossíntese

Todas as plantas verdes são projetadas para gerar seus próprios alimentos usando o processo de fotossíntese (Figura 6.4). A fotossíntese requer oxigênio, dióxido de carbono, água e luz. Dentro da planta há pequenas organelas chamadas cloroplastos que contêm clorofila, uma enzima que usa a energia da luz solar para separar o dióxido de carbono atmosférico (CO₂) e criar moléculas de açúcar de alta energia, como a glicose. Essencial para este processo é a água (H₂O). Este processo libera oxigênio (O₂), e é historicamente responsável por todo o oxigênio na atmosfera. Uma vez criadas, as moléculas de açúcar são transportadas por toda a planta e utilizadas posteriormente para todos os processos fisiológicos, como crescimento, reprodução e metabolismo. À noite, as plantas usam esses mesmos açúcares, bem como oxigênio, para gerar a energia necessária para o crescimento. Este processo é chamado de respiração.

É vital localizar uma unidade aquapônica em um lugar onde cada planta terá acesso à luz solar. Isso garante energia adequada para a fotossíntese. A água deve estar sempre disponível para as raízes através do sistema. O dióxido de carbono está disponível gratuitamente na atmosfera, embora em uma cultura interior muito intensiva seja possível que as plantas usem todo o dióxido de carbono na área fechada e necessitem de ventilação.

Requisitos de nutrientes

Além desses requisitos básicos para a fotossíntese, as plantas precisam de uma série de nutrientes, também referidos como sais inorgânicos. Estes nutrientes são necessários para as enzimas que facilitam a fotossíntese, para o crescimento e reprodução. Estes nutrientes podem ser provenientes do solo. No entanto, na ausência de solo, esses nutrientes precisam ser fornecidos de outra maneira. Na aquapônica, todos esses nutrientes essenciais vêm do desperdício de peixe.

Existem duas grandes categorias de nutrientes: macronutrientes e micronutrientes. Ambos os tipos de nutrientes são essenciais para as plantas, mas em quantidades diferentes. São necessárias quantidades muito maiores dos seis macronutrientes em comparação com os micronutrientes, que só são necessários em quantidades vestigiais. Embora todos estes nutrientes existam em resíduos sólidos de peixes, alguns nutrientes podem ser limitados em quantidade na aquapônica e resultar em deficiências, como potássio, cálcio e ferro. Uma compreensão básica da função de cada nutriente é importante para apreciar como eles afetam o crescimento das plantas. Se ocorrerem deficiências de nutrientes, é importante identificar qual elemento está ausente ou ausente no sistema e ajustar o sistema de acordo, adicionando fertilizante suplementar ou aumentando a mineralização.

Macronutrientes

Há seis nutrientes que as plantas precisam em quantidades relativamente grandes. Estes nutrientes são nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre. A discussão a seguir descreve a função desses macronutrientes dentro da planta. Os sintomas de deficiências também são listados para ajudar a identificar problemas.

**Nitrogênio (N) ** é a base de todas as proteínas. É essencial para a construção de estruturas, fotossíntese, crescimento celular, processos metabólicos e produção de clorofila. Como tal, o nitrogênio é o elemento mais comum em uma planta após carbono e oxigênio, ambos obtidos a partir do ar. O nitrogênio é, portanto, o elemento-chave na solução de nutrientes aquapônicos e serve como um indicador proxy fácil de medir para outros nutrientes. Normalmente, o nitrogênio dissolvido é na forma de nitrato, mas as plantas podem utilizar quantidades moderadas de amônia e até mesmo aminoácidos livres para permitir seu crescimento. As deficiências de nitrogênio são óbvias e incluem amarelecimento de folhas mais velhas, caules finos e mau vigor (Figura 6.5a). O nitrogênio pode ser realocado dentro dos tecidos vegetais e, portanto, é mobilizado a partir de folhas mais velhas e entregue a um novo crescimento, razão pela qual as deficiências são observadas no crescimento mais velho. Uma superabundância de nitrogênio pode causar excesso de crescimento vegetativo, resultando em plantas exuberantes e macias suscetíveis a doenças e danos a insetos, além de causar dificuldades no conjunto de flores e frutas.

**Fósforo (P) ** é usado por plantas como espinha dorsal do DNA (ácido desoxirribonucleico), como componente estrutural das membranas fosfolípidas, e como trifosfato de adenosina (o componente para armazenar energia nas células). É essencial para a fotossíntese, bem como a formação de óleos e açúcares. Incentiva a germinação e o desenvolvimento radicular em mudas. Deficiências de fósforo geralmente causam mau desenvolvimento radicular porque a energia não pode ser transportada adequadamente através da planta; folhas mais velhas parecem verde maçante ou mesmo marrom púrpura, e pontas das folhas parecem queimadas.

**Potássio (K) ** é usado para sinalização celular através de fluxo iônico controlado através de membranas. O potássio também controla a abertura estomática, e está envolvido no conjunto de flores e frutas. Está envolvida na produção e transporte de açúcares, captação de água, resistência a doenças e amadurecimento dos frutos. A deficiência de potássio manifesta-se como manchas queimadas nas folhas mais velhas e fraco vigor das plantas e turgor (Figura 6.5b). Sem potássio, flores e frutas não se desenvolverão corretamente. A clorose interveinal, ou amarelecimento entre as veias das folhas, pode ser vista nas margens.

**Cálcio (Ca) ** é usado como um componente estrutural das paredes celulares e membranas celulares. Está envolvido no fortalecimento das hastes e contribui para o desenvolvimento da raiz. Deficiências são comuns na hidroponia e são sempre aparentes no crescimento mais recente porque o cálcio é imóvel dentro da planta. Queimadura de alfaces e podridão de flor de tomates e abobrinha são exemplos de deficiência. Muitas vezes, novas folhas são distorcidas com pontas ganchos e formas irregulares. O cálcio só pode ser transportado através de transpiração ativa de xilema, portanto, quando as condições são muito úmidas, o cálcio pode estar disponível, mas bloqueado porque as plantas não estão transpirando. Aumentar o fluxo de ar com aberturas ou ventiladores pode evitar esse problema. A adição de areia de coral ou carbonato de cálcio pode ser usada para complementar o cálcio em aquaponia com o benefício adicional de tamponamento do pH.

**Magnésio (Mg) ** é o aceitador central de elétrons em moléculas de clorofila e é um elemento-chave na fotossíntese. Deficiências podem ser vistas como amarelecimento das folhas entre as veias, especialmente em partes mais antigas da planta. Embora a concentração de magnésio às vezes seja baixa em aquapônica, não parece ser um nutriente limitante, e a adição de magnésio ao sistema é geralmente desnecessária.

**Enxofre (S) ** é essencial para a produção de algumas proteínas, incluindo clorofila e outras enzimas fotossintéticas. Os aminoácidos metionina e cisteína contêm enxofre, o que contribui para a estrutura terciária de algumas proteínas. As deficiências são raras, mas incluem amarelecimento geral de toda a folhagem em novo crescimento (Figura 6.5c). As folhas podem ficar amarelas, rígidas e quebradiças, e cair.

Micronutrientes

Abaixo está uma lista de nutrientes que só são necessários em quantidades vestigiais. A maioria das deficiências de micronutrientes envolve amarelecimento das folhas (como ferro, manganês, molibdênio e zinco). No entanto, as deficiências de cobre fazem com que as folhas escureçam a sua cor verde.

**Ferro (Fe) ** é usado em cloroplastos e na cadeia de transporte de elétrons, e é fundamental para a fotossíntese adequada. As deficiências são vistas como amarelecimento interventivo, seguido por toda a folhagem ficar amarelada pálida (clorótica) e, eventualmente, branca com manchas necróticas e margens foliares distorcidas. Como o ferro é um elemento não móvel, as deficiências de ferro (Figura 6.5d) são facilmente identificadas se novas folhas aparecerem cloróticas. O ferro tem de ser adicionado como ferro quelatado, também conhecido como ferro sequestrado ou FeIedTA, porque o ferro é apto a precipitar a pH superior a 7. A adição sugerida é de 5 mililitros por 1 m² de leito de cultivo sempre que se suspeite de deficiências; uma quantidade maior não prejudica o sistema, mas pode causar descoloração de tanques e tubos. Tem sido sugerido que bombas de acionamento magnético submerso podem sequestrar o ferro e é objeto de pesquisa atual.

**Manganês (Mg) ** é usado para catalisar a divisão de água durante a fotossíntese e, como tal, o manganês é importante para todo o sistema de fotossíntese. As deficiências se manifestam como taxas de crescimento reduzidas, aparência cinzenta maçante e amarelecimento interventivo entre as veias que permanecem verdes, seguido de necrose. Os sintomas são semelhantes às deficiências de ferro e incluem clorose. A absorção de manganês é muito fraca com pH superior a 8.

**Boro (B) ** é usado como uma espécie de catalisador molecular, especialmente envolvido em polissacarídeos estruturais e glicoproteínas, transporte de carboidratos e regulação de algumas vias metabólicas em plantas. Também está envolvido na reprodução e absorção de água pelas células. Deficiências podem ser vistas como desenvolvimento incompleto de brotos e conjunto de flores, interrupção do crescimento e necrose da ponta, e necrose do tronco e da raiz.

**Zinco (Zn) ** é usado por enzimas e também em clorofila, afetando o tamanho geral da planta, crescimento e maturação. Deficiências podem ser notadas como mau vigor, crescimento atrofiado com menor comprimento inter-nodal e tamanho foliar e clorose intravenosa que pode ser confundida com outras deficiências.

**Cobre (Cu) ** é usado por algumas enzimas, especialmente na reprodução. Também ajuda a fortalecer as hastes. Deficiências podem incluir clorose e pontas de folhas marrons ou alaranjadas, crescimento reduzido de frutos e necrose. Às vezes, a deficiência de cobre mostra como um crescimento anormalmente verde escuro.

**Molibdênio (Mo) ** é usado por plantas para catalisar reações redox com diferentes formas de nitrogênio. Sem molibdênio suficiente, as plantas podem apresentar sintomas de deficiência de nitrogênio, embora o nitrogênio esteja presente. O molibdênio está biologicamente indisponível a pH inferior a 5.

A disponibilidade de muitos destes nutrientes depende do pH (ver secção 6.4 para disponibilidade dependente do pH) e, embora os nutrientes possam estar presentes, podem ser inutilizáveis devido à qualidade da água. Para mais informações sobre as deficiências de nutrientes fora do âmbito desta publicação, consulte a secção “Leitura adicional” para os guias de identificação ilustrados.

Fontes aquapônicas de nutrientes

O nitrogênio é fornecido a plantas aquapônicas principalmente sob a forma de nitrato, convertido a partir da amônia de resíduos de peixes através de nitrificação bacteriana. Alguns dos outros nutrientes são dissolvidos na água dos resíduos de peixe, mas a maioria permanece em um estado sólido que não está disponível para as plantas. O resíduo de peixe sólido é dividido por bactérias heterotróficas; esta ação libera os nutrientes essenciais para a água. A melhor forma de garantir que as plantas não sofram de deficiências é manter o pH ideal da água (6-7) e alimentar os peixes com uma dieta equilibrada e completa, e utilizar a taxa de alimentação para equilibrar a quantidade de alimentos para peixes em relação às plantas. No entanto, ao longo do tempo, mesmo um sistema aquapônico perfeitamente equilibrado pode tornar-se deficiente em certos nutrientes, na maioria das vezes potássio de ferro ou cálcio.

Deficiências nestes nutrientes resultam da composição dos alimentos para peixes. Os grânulos de ração para peixes (discutidos no Capítulo 7) são um alimento completo para os peixes, o que significa que eles fornecem tudo o que um peixe precisa para crescer, mas não necessariamente tudo o que é necessário para o crescimento das plantas. Os peixes simplesmente não precisam das mesmas quantidades de ferro, potássio e cálcio que as plantas exigem. Como tal, podem ocorrer deficiências nesses nutrientes. Isso pode ser problemático para a produção de plantas, mas existem soluções disponíveis para garantir quantidades adequadas desses três elementos.

Em geral, o ferro é regularmente adicionado sob a forma de ferro quelatado no sistema aquapónico para atingir concentrações de cerca de 2 mg/l. Cálcio e potássio são adicionados ao tamponar a água para o pH correto, uma vez que a nitrificação é um processo acidificante. Estes são adicionados como hidróxido de cálcio ou hidróxido de potássio, ou como carbonato de cálcio e carbonato de potássio (ver capítulo 3 para mais pormenores). A escolha do tampão pode ser escolhida com base no tipo de planta que está sendo cultivada, pois vegetais de folhas podem precisar de mais cálcio, e plantas de frutificação mais potássio. Além disso, o Capítulo 9 discute como produzir fertilizantes orgânicos simples a partir de composto para usar como suplementos aos resíduos de peixes, garantindo que as plantas estejam sempre recebendo a quantidade certa de nutrientes.

*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *