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Assis de Jesus
by on January 27, 2018
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Por:

Gabriele Lara – gabilara@gmail.com
Dariano Krummenauer
Luís Henrique Poersch
Wilson Wasielesky Jr.
Laboratório de Carcinicultura, Instituto de Oceanografia, Universidade Federal do Rio Grande

Como o sistema de bioflocos é caracterizado por mínima ou nenhuma renovação de água, a preocupação com os compostos nitrogenados acumulados no sistema tem sido um tema bastante discutido por pesquisadores e produtores. A mudança na relação carbono-nitrogênio (15-20:1) estimula o crescimento de bactérias heterotróficas e, posteriormente autotóficas nitrificantes, que fazem a assimilação em biomassa bacteriana ou a oxidação da amônia. As elevadas concentrações de nitrito, que podem ser resultado dos processos de transformação da amônia, ainda são um grande problema nesse tipo de cultivo. Pesquisas têm sido desenvolvidas com o objetivo de aprimorar técnicas que contribuam para a manutenção das concentrações de amônia e nitrito abaixo dos níveis tóxicos aos animais cultivados, já que o nitrato não é um composto muito tóxico para a maioria deles. A tomada de decisão pelo produtor em definir qual das técnicas de manejo utilizar pode ser crucial para um bom desempenho dos animais nesse tipo de sistema, evitando mortalidades e custos elevados na produção. O artigo a seguir é o primeiro de uma série de análises de pontos relevantes sobre o manejo no sistema de bioflocos, bem como dos principais fatores que podem afetar o cultivo, e que vêm sendo estudados por pesquisadores da Universidade Federal do Rio Grande (FURG).

O problema do nitrogênio no sistema BFT

O cultivo em sistema de bioflocos (Biofloc Technology System – BFT) tem surgido como alternativa para aumentar a produtividade, reduzindo os custos com captação e renovação de água, bem como a eliminação constante de efluentes para os ambientes adjacentes. O sistema oferece a possibilidade de utilizar elevadas densidades de estocagem na produção de diferentes espécies de organismos aquáticos, principalmente porque a assimilação dos compostos nitrogenados (amônia, nitrito e nitrato) é realizada com o auxílio da biomassa microbiana formada no próprio ambiente de cultivo. Esses microorganismos também servem como fonte suplementar de alimento, possibilitando a redução do uso de ração e melhorando a conversão alimentar.

Contudo, com o aumento das densidades de estocagem, pode ocorrer um acúmulo de nitrogenados proveniente da excreção dos animais e também da decomposição da matéria orgânica. Em comparação ao cultivo convencional, em que apenas 12% do nitrogênio permanecem dentro do sistema sob a forma de camarões, cerca de 40% do nitrogênio que entram no sistema BFT ficam retidos na produção dos camarões. Como o princípio básico do sistema BFT é a mínima ou nenhuma renovação de água, a tendência é que, dependendo do equilíbrio entre os processos de assimilação de nitrogênio, estes compostos alcancem concentrações tóxicas ou letais para os organismos cultivados, o que pode inviabilizar a produção. Para que isso não ocorra, técnicas de manejo e acompanhamento da dinâmica dos cultivos têm sido estudadas e adotadas para o melhor funcionamento do sistema, como por exemplo, a relação C:N ideal para o desenvolvimento das comunidades microbianas, utilização de diferentes fontes de carbono, atividade fotossintética e respiração dos microorganismos no sistema, caracterização das comunidades microbianas presentes na água e controle de sólidos suspensos totais.

Ciclagem do nitrogênio e comunidades microbianas no sistema BFT

A ciclagem dos principais compostos nitrogenados dentro do sistema de bioflocos acontece seguindo um padrão bem conhecido pelos que trabalham com essa técnica (Figura 1). Nas primeiras semanas após a estocagem, observa-se um aumento das concentrações de amônia total dissolvida na água. Esse aumento é progressivo ao longo das duas primeiras semanas do cultivo, e deve-se principalmente ao fato de que a comunidade microbiana que está sendo formada na água ainda não é capaz de fazer a assimilação total desse composto. Devido ao grande número de animais estocados e também aos ajustes nas quantidades de ração, que podem sobrar e ser lixiviadas na água, as concentrações de amônia podem alcançar níveis elevados. Assim, a fertilização com fontes ricas em carbono orgânico (melaço de cana de açúcar, dextrose, farelos de trigo, arroz, farinha de mandioca, entre outras), obedecendo a uma relação C:N de 15-20:1, para estimular o rápido crescimento bacteriano é um dos fatores mais importantes nessa fase do cultivo. Na realidade, o que parece ocorrer é uma mistura das vias de remoção baseadas em organismos fotoautotróficos, bactérias autotróficas e bactérias heterotróficas. No entanto, as bactérias heterotróficas e autotróficas parecem ter um papel mais significativo na manutenção da qualidade da água no sistema BFT.

O processo heterotrófico baseia-se na remoção do nitrogênio amoniacal pela incorporação em biomassa bacteriana, que é estimulada com a adição de carboidrato na água. No processo autotrófico, devido à lenta taxa de crescimento das bactérias nitrificantes, pequenas quantidades de biomassa bacteriana são produzidas inicialmente, essas bactérias realizam a oxidação da amônia a nitrito, e posteriormente a nitrato. O processo fotoautotrófico, realizado pelas microalgas também possui importância, porém, com a diminuição da transparência da água ao longo do cultivo, parece ter menos influência no processo de ciclagem do nitrogênio no sistema. Mesmo assim, é difícil ter um total controle sobre as comunidades microbianas que irão se formar ao longo do cultivo, devido à complexidade das interações que ocorrem dentro dos tanques ou viveiros, levando a um distúrbio nas vias de remoção da amônia.

No sistema BFT, em teoria, o objetivo é fazer a assimilação direta do nitrogênio em biomassa bacteriana (processo heterotrófico), sem que o processo de nitrificação feito pelas bactérias autotróficas ocorra. As bactérias heterotróficas possuem uma taxa de crescimento mais rápida do que as bactérias nitrificantes, sendo as principais responsáveis pela remoção da amônia nas primeiras semanas do cultivo. Contudo, isso nem sempre ocorre naturalmente apenas com a alteração da relação C:N. De fato, observa-se que a mescla entre as duas vias de remoção da amônia se sobrepõem, em algum momento do cultivo. Isso pode se dar devido à competição por substrato entre os grupos de bactérias, variação nas concentrações de oxigênio dissolvido na água e controle dos sólidos em suspensão.

Estudos de balanço de massa de nutrientes e acompanhamento de comunidades bacterianas evidenciaram que em cultivos de Litopenaeus vannamei em sistema BFT, as bactérias nitrificantes possuem maior eficiência na remoção do nitrogênio, porém levam maior tempo para metabolizar a amônia, devido à sua lenta taxa de crescimento. Assim, se as bactérias heterotróficas não estiverem presentes nas fases iniciais do cultivo, pode ocorrer um aumento nas concentrações de amônia, já que as bactérias autotróficas possuem um crescimento mais lento. Além disso, se a via autotrófica chegar a dominar o sistema, a amônia pode ser oxidada a nitrito, pelas bactérias Amônia-Oxidantes (AOB), que em sua maioria pertencem aos gêneros Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus e Nitrosovibrio. Porém, as bactérias que fazem a oxidação do nitrito a nitrato (Nitrito-Oxidantes ou NOB), que em sua maioria pertencem aos gêneros Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira e Nitrospina, possuem um crescimento ainda mais lento do que as bactérias que oxidam a amônia, podendo ocasionar picos elevados nas concentrações de nitrito no sistema.

Assim sendo, dependendo do balanço entre as taxas de formação e oxidação do nitrito dentro do sistema, pode ocorrer um acúmulo deste composto, causando prejuízos ao produtor. O nitrato, produto final da oxidação da amônia, é um composto que não causa muita preocupação aos produtores, visto que os animais cultivados resistem a elevadas concentrações desse composto.

Alternativas para evitar problemas com acúmulo de nitrogenados

Para evitar mortalidades relacionadas aos efeitos tóxicos dos compostos nitrogenados no sistema de bioflocos, algumas alternativas têm sido propostas a fim de manipular os ambientes de cultivo para o desenvolvimento de determinados grupos de bactérias que sejam ativas na absorção do nitrogênio, mantendo os preceitos de uma aquicultura ambientalmente amigável:

1) Reutilização de água: O reuso da água de ciclos anteriores é uma técnica que tem se mostrado viável na manutenção dos níveis de amônia e nitrito abaixo das concentrações que afetam os animais cultivados. Estudos realizados comprovam que o reuso de um inóculo mínimo de 2,5% de água de um cultivo anterior aceleram a formação dos agregados microbianos, contribuindo para a manutenção da qualidade da água no sistema. A reutilização da água surge como uma possibilidade de reciclar os nutrientes que permanecem na água, evitando a emissão de grandes cargas de efluentes carregados em compostos nitrogenados e fosfatados para o ambiente.

2) Uso de Substratos para Fixação de Biofilme: O biofilme pode ser definido como uma comunidade microbiana associada a uma matriz orgânica, aderida naturalmente em qualquer superfície submersa. A adição de substratos artificiais para fixação do biofilme proporciona maior superfície para a adesão de bactérias e fitoplâncton, que podem contribuir com os processos de assimilação e remoção dos compostos nitrogenados presentes na água. Pesquisas têm demonstrado que o aumento na quantidade de substratos artificiais para a fixação do biofilme (panagens) tem sido eficiente no processo de remoção e assimilação dos compostos nitrogenados, reduzindo principalmente os problemas com as elevadas concentrações de nitrito presentes na água. Além disso, o biofilme também é uma importante fonte suplementar de alimento para alguns animais cultivados.

3) Adição de Sais Nitrogenados: Recentemente, protocolos para a adição de cloreto de amônia e de nitrito de sódio têm sido testados a fim de acelerar o processo de formação dos bioflocos e também fornecer substrato para que as bactérias nitrificantes se desenvolvam na água, similar ao que é realizado na maturação de biofiltros nos sistemas de recirculação. A adição de cloreto de amônia parece ter resultado em uma maior produção de volume de bioflocos, e auxiliado na metabolização deste composto pelas bactérias. Já a introdução de nitrito de sódio, parece ter contribuído para um rápido crescimento e estabelecimento das bactérias nitrito-oxidantes no sistema, e reduzido os problemas com as elevadas concentrações de nitrito dissolvido na água durante o ciclo de cultivo. Porém, pouco ainda se sabe sobre a influência da adição de sais no cultivo BFT e sua real eficácia na redução das concentrações de nitrito, visto que não foi desenvolvido um protocolo claro que determinasse as concentrações e periodicidade de adição.

Conclusões:

Atualmente, um dos principais problemas encontrados pelos produtores que já estão trabalhando com o sistema BFT são as elevadas concentrações de nitrogenados (principalmente nitrito). Uma solução definitiva ainda não foi encontrada para solucionar esse desafio, porém recomenda-se um controle que combine sistemas de aeração adequados, fertilização, alimentação, controle de sólidos suspensos totais, adição de substratos verticais, além da possibilidade de reutilização de água, ou pelo menos de parte da água de outros ciclos, para que se evitem perdas na produção devido à toxicidade dos compostos nitrogenados aos animais cultivados. Além disso, ainda são necessários maiores estudos na área de microbiologia e biologia molecular, a fim de se identificar as principais bactérias que desempenham papel importante na ciclagem do nitrogênio e a possibilidade de desenvolver probióticos que estimulem o crescimento de bactérias específicas para a remoção da amônia e nitrito na água dos cultivos em sistema BFT.


Referências Bibliográficas:

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