FLOCponia: Integração da tecnologia de bioflocos com a produção de vegetais - Pinho, Sara M. [UNESP] (2022)
Aquicultura tem sido responsável por contribuir para o fornecimento de alimentos para uma população em crescimento. No entanto, para que essa contribuição continue a acontecer, métodos de produção intensivos e sustentáveis precisam ser empregados e desenvolvidos como, por exemplo, os cultivos baseados na tecnologia de bioflocos e aquaponia (integração da produção de peixes e plantas). Esta tese abordou um novo e promissor método de produção de alimentos de base aquática que é a integração da aquicultura utilizando a tecnologia de bioflocos com a produção de plantas hidropônicas, conhecida como FLOCponia. Os sistemas FLOCpônicos são uma inovação aos sistemas integrados de agri-aquicultura, onde os nutrientes do sistema de bioflocos são usados para nutrir e irrigar plantas em um subsistema hidropônico. Pesquisas com sistemas FLOCpônicos estão apenas começando e pouco se sabe sobre a produtividade de peixes e plantas, a eficiência do uso de recursos e sustentabilidade deste sistema integrado. Investigar e desenvolver os sistemas FLOCpônicos trazem vantagens para os produtores de alimentos e para a sociedade. Nesse contexto, o objetivo geral desta tese foi investigar a viabilidade técnica, a eficiência do uso de recursos e a sustentabilidade dos sistemas FLOCpônicos acoplados sob demanda para a produção de juvenis de tilápia e alface. Para isso, os seguintes objetivos foram formulados: (1) Identificar os trabalhos já realizados com FLOCponia, destacando os desafios atuais, e orientar pesquisas futuras. (2) Determinar a viabilidade técnica da produção de juvenis de tilápia e alface em sistemas FLOCpônicos acoplados sob demanda em comparação à aquaponia tradicional utilizando sistema de recirculação aquícola (RAS), à hidroponia e ao sistema de bioflocos. (3) Determinar como a redução do teor de proteína e o uso de nutrientes na dieta afetam o crescimento dos peixes e das plantas quando cultivados em sistema FLOCpônico acoplado sob demanda. (4) Investigar a eficiência dos sistemas FLOCpônicos em relação ao uso de recursos e quantidade de alimentos produzidos, bem como discutir as vantagens e desvantagens gerais da FLOCponia em comparação ao cultivo de peixes no sistema de bioflocos. (5) Avaliar e discutir a sustentabilidade da produção de peixes nos sistemas de bioflocos com e sem integração com a produção de plantas hidropônicas e, assim, fornecer insights sobre como melhorar a sustentabilidade da produção de alimentos em tais sistemas. (6) Identificar espécies de peixes adequadas para a aquaponia e discutir como a diversificação das espécies cultivas pode ser aplicada na FLOCponia. Para alcançar os objetivos de pesquisa, a tese é composta por sete capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma introdução geral contendo um embasamento teórico sobre os tópicos que orientam esta tese, incluindo os sistemas aquícolas de bioflocos, aquaponia e os métodos para medir a eficiência e sustentabilidade destes sistemas. O Capítulo 2 revisa e analisa criticamente as pesquisas com FLOCponia em relação às configurações do sistema, qualidade da água e ciclagem de nutrientes, e os resultados produtivos de plantas e peixes. Nesse capítulo também identificamos aspectos econômicos e ambientais e discutimos as lacunas, oportunidades e desafios dos sistemas FLOCpônicos. Em geral, os sistemas FLOCpônicos parecem ser aplicáveis no curto prazo por produtores que já utilizam a tecnologia de bioflocos para produção de peixes e que buscam melhorar a eficiência da produção. Uma contribuição importante desse capítulo foi a identificação das desvantagens atuais dos sistemas FLOCpônicos. Em geral, a maioria dos problemas enfrentados na FLOCponia está relacionada ao design, à operação dos sistemas e ao destino adequado dos resíduos sólidos. O artigo de revisão apresentado no Capítulo 2 serviu como base teórica para os capítulos seguintes. Um experimento foi conduzido para investigar e avaliar a produção de juvenis de tilápia e alface em sistema FLOCpônico acoplado sob demanda, com foco principal em explorar a viabilidade técnica do mesmo em comparação com outros sistemas de produção (objetivo 2) e entender até quanto é possível aproveitar os benefícios nutricionais dos bioflocos para a produção de tilápia nesse sistema integrado (objetivo 3). Para isso, juvenis de tilápia e alface foram cultivados em sistemas FLOCpônicos acoplados sob demanda, aquaponia tradicional utilizando RAS, monoculturas em sistema de bioflocos e/ou hidroponia. Além disso, quatro dietas para peixes foram formuladas, produzidas e testadas nos sistemas FLOCpônicos. Os resultados deste experimento são relatados no Capítulo 3. Para a produção de alface, produtividades semelhantes foram encontradas nos sistemas FLOCpônicos, aquapônicos e hidropônicos. Com relação à produção de peixes, foi observado um aumento de 24% no crescimento dos peixes na FLOCponia em comparação à aquaponia utilizando RAS. Além disso, os benefícios dos bioflocos para a nutrição dos peixes foram observados em sistemas FLOCpônicos acoplados sob demanda, levando a uma redução de 8% na proteína bruta da dieta dos peixes em comparação ao sistema aquapônico utilizando RAS. Esses resultados indicaram que os sistemas FLOCpônicos acoplados sob demanda são tecnicamente viáveis e permitem a redução do teor de proteína bruta em dietas para peixes. O Capítulo 4 emprega modelos matemáticos dinâmicos para investigar a eficiência do uso de recursos do sistema FLOCpônico em comparação ao monocultivo de peixes em sistema de bioflocos. Os resultados mostraram que, em geral, o sistema FLOCpônico é mais eficiente no uso de recursos do que o sistema de bioflocos. As eficiências de uso de água e de nutrientes foram maiores na FLOCponia do que no sistema de bioflocos em 10 e 27%, respectivamente. O volume de sólidos descartados no sistema FLOCpônico foi 10% menor do que no de bioflocos. Ao realizar simulações de cenários, o sistema FLOCpônico foi ainda mais eficiente ao expandir até 3,2 vezes a área de plantio em relação ao sistema inicialmente estudado. Os resultados apresentados neste estudo de modelagem confirmam a hipótese de que a integração com a hidroponia torna a produção de peixes em bioflocos mais eficiente no uso de recursos e na prevenção de desperdícios. Avaliar a sustentabilidade dos sistemas de produção de alimentos em seu estágio inicial de desenvolvimento é essencial para identificar práticas insustentáveis e orientar pesquisas futuras que visem evitá-las. No Capítulo 5, aplicamos a síntese em emergia para comparar a sustentabilidade dos sistemas de bioflocos e hidropônicos com sua integração em FLOCponia, com base nos resultados experimentais. Os indicadores emergéticos indicaram que o sistema integrado é tão sustentável quanto as monoculturas em bioflocos e hidroponia. Além disso, o valor emergético unitário (UEV) no sistema FLOCpônico foi 104 vezes menor do que no sistema hidropônico, indicando maior eficiência. Por outro lado, o sistema FLOCpônico foi menos eficiente na conversão de energia em produtos do que o sistema de bioflocos, evidenciado pelo maior UEV do sistema integrado. A síntese em emergia do sistema FLOCpônico apontou que melhorias devem ser feitas para aumentar a eficiência do sistema e explorar todo o seu potencial para o fornecimento sustentável de alimentos. O Capítulo 6 revisa as espécies de peixes adequadas para a aquaponia como um meio de melhorar a diversificação dos sistemas integrados de agri-aquicultura. Este capítulo apresentou as características que tornam uma espécie de peixe adequada para cada layout de sistema (permanentemente acoplado ou acoplado sob demanda). Na aquaponia utilizando RAS permanentemente acoplada com o subsistema hidropônico, a escolha das espécies de peixes depende diretamente do vegetal que será cultivado. Em sistemas aquapônicos acoplados sob demanda, a aceitação do mercado, os custos de produção e a taxa de crescimento são fatores determinantes para escolha das espécies de peixes a serem cultivadas. Em geral, peixes adequados para a produção em RAS também são adequados para aquaponia utilizando RAS. As implicações das descobertas do Capítulo 6 na FLOCponia são discutidas no Capítulo 7. Em resumo, destacamos que a diversidade de produtos oferecidos pelo sistema FLOCpônicos pode ser aumentada com a produção de espécies de peixes adequadas para os sistemas baseados em bioflocos, como o tambaqui, o pacu ou o jundiá. Por último, o Capítulo 7 discute as principais conclusões da tese, destacando os avanços nas pesquisas com FLOCponia e seus impactos na sociedade. De uma perspectiva ampla, o sistema FLOCpônico pode aproximar a produção de uma grande diversidade de alimentos frescos e saudáveis ao consumidor. Isso porque o sistema FLOCpônico pode ser implantado em regiões geralmente não destinadas à produção de alimentos, contribuindo para o aumento da segurança alimentar e melhoria da distribuição de alimentos. Por fim, desenvolver os sistemas FLOCpônicos para serem sistemas de produção representativos para abastecimento de alimentos garante utilização mais eficiente dos recursos e contribui para o desenvolvimento sustentável da aquicultura.