Publication
Optimisation of aquaculture wastewater by halophytes cultivation
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | |
| dc.contributor.advisor | Marques, Cátia Andreia Lourenço | |
| dc.contributor.advisor | Custódio, Luísa Margarida Batista | |
| dc.contributor.author | Berge, Daan Louis ten | |
| dc.date.accessioned | 2025-04-14T14:46:44Z | |
| dc.date.available | 2025-04-14T14:46:44Z | |
| dc.date.issued | 2024-10-21 | |
| dc.description.abstract | This thesis represents a comprehensive assessment regarding the cultivation of halophyte Salicornia ramosissima within aquaculture effluent-based systems and use of different water sources commonly available at aquaculture farms as treatments. Halophytes, recognised for their ability to thrive in saline environments, are gaining popularity for their versatile applications including culinary uses and source of secondary compounds with biorefinery potential. The experimental study spanned 6 weeks in a greenhouse at the Aquaculture Research Station of Olhão, Portugal. The setup entailed two production systems: semi-hydroponics and substrate mixture system consisting of potting soil and mud from a semi-intensive fishpond. Four treatments were applied in both systems. These involved water sources containing salinities 10, 20, and 35 PSU, the latter sourced from a semi-intensive pond system. In these treatments, plants received supplementary fertiliser. Additionally, the 35 PSU treatment was tested without supplementary fertiliser. Other treatments included water from a nearby brackish well (20 PSU) and its mixture with freshwater (10 PSU). The study aimed to assess how the two production systems combined with varying salinities and nutrient levels affect the growth, biochemical properties and nutritional content of S. ramosissima. Results indicated that the mud-based substrate system consistently produced higher biomass across all salinities compared to the semi-hydroponics system, particularly at 35 PSU. In the semi-hydroponics system, plants performed better at moderate salinity (20 PSU), while performance was more restricted at lower and higher salinities. Additional fertiliser in the high salinities (35 PSU) did not seem to affect growth or nutritional properties of biomass. Secondary metabolites were generally higher in biomass without supplementary fertiliser. The mud-based system appeared more robust, indicating suitability for high salinity environments. These results indicate that S. ramosissima could be used to effectively optimise aquaculture wastewater and act as biofilter whilst producing valuable biomass in highly saline conditions, promoting circular economy. | eng |
| dc.description.abstract | Esta tese explora a otimização do uso das águas residuais provenientes da aquacultura por meio do cultivo de halófitas, com ênfase na espécie Salicornia ramosissima. As halófitas são plantas que possuem a capacidade única de sobreviver e prosperar em ambientes de alta salinidade, o que as torna adequadas para serem cultivadas em sistemas de aquacultura e aproveitadas para o tratamento de efluentes salinos. Além disso, estas plantas têm atraído atenção crescente devido às suas múltiplas utilizações, como a aplicação na alimentação, utilização como biocombustíveis e pelo seu conteúdo em compostos bioativos com potencial na biotecnologia e na indústria farmacêutica. Este estudo foi realizado no contexto de uma economia circular, que visa a reutilização eficiente de recursos, minimizando resíduos e contribuindo para a sustentabilidade ambiental. A experiência foi realizada ao longo de seis semanas, numa estufa localizada na Estação Piloto de Piscicultura de Olhão, Portugal, e envolveu dois sistemas de produção distintos: um sistema semi-hidropônico e um sistema de substrato que consistia numa mistura de solo para vasos e lamas de uma piscicultura semi-intensiva. Ambos os sistemas foram irrigados com diferentes fontes de água, cada uma com níveis distintos de salinidade, com o objetivo de testar a performance de crescimento e o perfil e composição bioquímico da S. ramosissima, sob diferentes condições de cultivo. As águas utilizadas variaram entre 10, 20 e 35 Unidades Práticas de Salinidade (UPS), sendo a água com 35 UPS proveniente de efluentes da aquacultura. As plantas nesses tratamentos receberam fertilizantes suplementares. Além disso, as plantas com água de 35 UPS foram testadas com e sem a adição de fertilizantes suplementares, o que possibilitou a avaliação dos efeitos da fertilização em combinação com a salinidade no desenvolvimento das plantas. A S. ramosissima é uma planta halófita conhecida pela sua tolerância à salinidade e pelas suas propriedades nutricionais e funcionais. Neste estudo, o principal objetivo foi avaliar como os dois sistemas de produção, aliados aos diferentes níveis de salinidade e fertilizante, influenciam o crescimento, as propriedades bioquímicas e o valor nutricional desta planta halófita. Além de ser uma planta de interesse para o tratamento de efluentes, a S. ramosissima também apresenta valor comercial devido à sua aplicabilidade na alimentação e ao seu potencial como biofiltro em sistemas de aquacultura, especialmente em ambientes com alta salinidade. Os resultados experimentais indicaram que o sistema de substrato, composto por uma mistura de lamas de tanques de uma piscicultura semi-intensiva e solo para vasos, produziu, consistentemente, uma maior quantidade de biomassa em todos os níveis de salinidade quando comparado com o sistema semi-hidropônico. Este aumento na produção de biomassa foi particularmente evidente nos tratamentos com a salinidade de 35 UPS, onde as plantas demonstraram um crescimento mais robusto e uma maior acumulação de nutrientes essenciais. No sistema semi-hidropônico, as plantas tiveram um desempenho superior quando submetidas a uma salinidade moderada (20 UPS), enquanto que o crescimento foi limitado nas salinidades mais baixas (10 UPS) e nas mais elevadas (35 UPS). A adição de fertilizante nos tratamentos de alta salinidade (35 UPS) não pareceu afetar o crescimento ou as propriedades nutricionais da biomassa em ambos os sistemas de produção. A análise bioquímica revelou que as plantas cultivadas no sistema de substrato apresentaram níveis mais elevados de minerais, como cálcio, potássio e sódio, em comparação com as plantas cultivadas no sistema semi-hidropônico. Estes resultados sugerem que o sistema de substrato oferece melhores condições para a absorção e acumulação de minerais, particularmente em ambientes de alta salinidade. Além disso, a S. ramosissima demonstrou ser uma fonte rica em compostos bioativos, como fenóis, flavonoides e carotenoides, que possuem propriedades antioxidantes importantes e VI são altamente valorizados na indústria alimentar e farmacêutica. Esses compostos têm o potencial de ser usados em formulações nutracêuticas e como ingredientes funcionais em alimentos, para além dos seus benefícios para a saúde humana, como a proteção contra o stresse oxidativo e a inflamação. Outro aspecto relevante deste estudo foi a avaliação das propriedades nutricionais da S. ramosissima. A planta mostrou um teor considerável de proteínas, o que a torna uma candidata promissora para uso como fonte alternativa de proteínas em áreas onde o cultivo de plantas convencionais é limitado pela salinidade do solo. A presença de proteína é um atributo de grande interesse, uma vez que a procura por fontes sustentáveis de proteína está em crescimento, e as halófitas, como a S. ramosissima, podem desempenhar um papel importante no preenchimento dessa necessidade. Este estudo também avaliou o teor de humidade, cinzas e compostos anti nutricionais, como os taninos e os fitatos, que, embora possam interferir na absorção de certos minerais, não foram encontrados em níveis suficientemente elevados para representar uma preocupação nutricional significativa. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que o sistema de substrato à base de lamas se mostrou mais adequado para o cultivo da S. ramosissima em condições de alta salinidade, devido à sua capacidade para promover um maior crescimento e uma melhor retenção de minerais. Por outro lado, o sistema semi-hidropônico exigiu uma maior atenção na gestão de nutrientes e de salinidade, uma vez que as plantas cultivadas nesse sistema demonstraram menor resistência em condições sem fertilizante adicional e maior salinidade. Assim, este estudo sugere que a integração do cultivo de S. ramosissima em sistemas de aquacultura, especialmente em regiões costeiras onde a salinidade do solo representa um desafio para a agricultura convencional, pode ser uma solução viável para o tratamento de efluentes ao mesmo tempo que há produção de biomassa de alto valor acrescentado. A produção desta planta nestes ambientes não só contribui para a melhoria da qualidade da água, removendo nutrientes em excesso, particularmente compostos nitrogenados, como também proporciona uma nova fonte de rendimento para os produtores de aquacultura, que podem comercializar a planta como um produto alimentar ou utilizar a biomassa para a extração de compostos bioativos. Além disso, a S. ramosissima também pode desempenhar um papel importante na mitigação dos impactos da mudança climática, uma vez que o seu cultivo requer menos água doce em comparação com plantas convencionais, tornando-a uma cultura atrativa em regiões onde a escassez de água é uma preocupação crescente. O seu uso em sistemas de produção integrados, como a aquaponia ou sistemas de aquacultura multi-trófica, favorece uma maior sustentabilidade ambiental e contribui para a transição para uma economia mais circular. Em suma, este trabalho demonstra que a S. ramosissima tem grande potencial para otimizar a utilização de efluentes de aquacultura, ao mesmo tempo que gera produtos de valor acrescentado, promovendo uma economia circular e sustentável. Os sistemas de produção com base em substratos à base de lamas oferecem as melhores condições para o cultivo desta halófita em ambientes de alta salinidade, enquanto que o sistema semi-hidropônico pode ser viável com a gestão adequada de nutrientes. A implementação destes sistemas pode trazer benefícios significativos tanto para os produtores de aquacultura quanto para o meio ambiente, abrindo caminho para o desenvolvimento de práticas mais sustentáveis e rentáveis na produção de alimentos em regiões costeiras. | por |
| dc.identifier.tid | 203868340 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/27029 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Halophytes | |
| dc.subject | Aquaculture | |
| dc.subject | Wastewater | |
| dc.subject | Salicornia ramosissima | |
| dc.subject | Circular Economy | |
| dc.title | Optimisation of aquaculture wastewater by halophytes cultivation | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Aquacultura e Pescas |
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