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Integrating seaweed in a marine fish RAS
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Abstract(s)
Aquaculture is, nowadays, one of the sectors with a crucial impact on the human food supply. Sustainability in this sector has become a primary goal and is directly connected to recirculating aquaculture systems. These systems hold great promise for the future, but improvements in water quality are needed due to the high accumulation of metabolic waste. Water quality may be improved by integrating macroalgae into these systems, as they have excellent bioremediation capabilities. This study aimed to implement an Integrated Recirculating Aquaculture System (IRAS) with Ulva sp. and fish to assess macroalgae bioremediation capacity and improve water quality and fish performance in comparison to a fish Recirculating Aquaculture System (RAS). Macroalgae capacity in bioremediation highly depends on their growth and nutrient availability in the system. So, this work included sampling of dissolved nutrients and weekly samplings for assessing biomass production, at different densities (1.0, 1.5, and 2.0 kg FW m-2), and assessment of nitrogen content in the macroalgae produced. Results showed that the highest growth rate was found for Ulva sp. stocking density 1.0 kg FW m-2, while N yield did not differ between the stocking densities tested. The Ulva sp. improvement in water quality parameters was not significant when compared to RAS treatment. Fish performance was not significantly different between treatments and no differences were observed in hematological and histological parameters. The gills presented some anomalies but were classified with minor signs of pathology. The results demonstrate that lower Ulva sp. stocking densities resulted in higher growth, indicating that this macroalgae can be a potential candidate for IRAS, but more research is needed to use the bioremediation capability to improve water quality in these systems.
A aquacultura tem-se revelado nos últimos anos como o setor alimentar com maior crescimento no mundo. A crescente procura tem levado a práticas mais sustentáveis na aquacultura. O desenvolvimento destas práticas tem aumentado ano após ano, com otimizações dos sistemas existentes e a integração de novas espécies em sistemas já utilizados a serem soluções para uma aquacultura mais sustentável. Os Sistemas de Aquacultura de Recirculação (RAS) oferecem soluções ao nível da conservação dos recursos hídricos, redução da poluição e aumento da eficiência na produção de organismos aquáticos. A utilização destes tipos de sistemas tem aumentado gradualmente ao longo dos anos. A sua capacidade em aumentar a variabilidade e sustentabilidade de espécies em apenas um cultivo torna-se altamente benéfica ao garantir as mesmas ou melhores condições para o cultivo base, permitindo atingir diferentes mercados pela integração de novas espécies de diferentes níveis tróficos nestes sistemas recirculados (IRAS). A integração dessas novas espécies pode também ter um impacto positivo na qualidade da água, ou até nas espécies integradas no sistema, permitindo assim um desenvolvimento mais sustentável do sistema em si. As principais dificuldades associadas ao RAS advêm do custo, da experiência necessária para operar esses sistemas e, principalmente, da gestão da qualidade da água. A troca reduzida de água causa acumulação de nutrientes dissolvidos dentro do sistema e, se não forem devidamente removidos, podem tornar-se um problema para o sistema. Em casos particulares, a produção de elevados níveis de amónia, nitritos e nitratos pode causar sérios problemas nos peixes, originando doenças, danos físicos ou até a morte, em casos extremos de presença desses compostos. A manifestação desses problemas pode ser observada pela análise dos parâmetros hematológicos do peixe ou pela observação das brânquias em microscopia. A observação do sangue do peixe consegue fornecer uma imagem dos processos endócrinos, imunológicos, reprodutivos, e genéticos em relação às condições ambientais a que foram submetidos. O hematócrito e a hemoglobina são indicadores importantes do transporte de oxigénio no peixe, permitindo fazer comparações entre o oxigénio transportado e a performance do peixe num sistema durante um determinado espaço de tempo. A integração de macroalgas em RAS pode servir como solução para a remoção de compostos como amónia, nitratos e fosfatos da água. As macroalgas têm um elevado potencial biorremediador, a sua facilidade de absorção de nutrientes como o azoto e o fósforo da água potencia a redução da acumulação desses nutrientes no sistema. As macroalgas durante o seu processo de fotossíntese não só libertam oxigénio (O2) na água, podendo aumentar os níveis de oxigénio dissolvido e assim melhorar as condições de vida dos organismos neste sistema, como também reduzem os níveis de dióxido de carbono (CO2), que são altamente prejudiciais para os peixes. A integração das macroalgas potência uma prática promissora para melhorar a qualidade da água, promover a sustentabilidade e aumentar a eficiência do sistema RAS. Este estudo tem como objetivo comparar um sistema base RAS com um sistema integrado com o género Ulva sp. (IRAS). Como objetivo específico, pretende comparar entre sistemas o nível de qualidade da água, performance dos peixes e a própria capacidade de biorremediação da macroalga, assim como o seu crescimento a diferentes densidades de cultivo. Com a integração da macroalga do género Ulva sp. num sistema em recirculação com dourada (Sparus aurata) (IRAS), procuram-se resultados positivos no crescimento e desenvolvimento dos peixes e das macroalgas. Para alcançar este objetivo, foram usados dois sistemas distintos: RAS e IRAS, onde ambos foram submetidos às mesmas condições, incluindo igual densidade de peixes (12 kg m-3), diferenciando-se apenas o IRAS, onde foi introduzida a espécie Ulva sp. Temperatura, oxigénio, pH e salinidade foram medidos e injeções de oxigénio foram efetuadas em ambos os sistemas, de forma a garantir condições adequadas para o desenvolvimento de ambas as espécies. A Ulva sp. foi introduzida a três densidades diferentes (1.0, 1.5, e 2.0 kg peso fresco m-2) e amostragens semanais foram efetuadas para verificar o crescimento e a biorremediação de nitrogénio para as três densidades cultivadas. A macroalga demonstrou uma taxa de crescimento (SGR) significativamente maior na densidade mais baixa. Os valores de absorção de nitrogénio não variaram entre densidades, mas tiveram um aumento significativo quando medidos no fim do ensaio em comparação com os medidos inicialmente. Para avaliar e comparar a qualidade da água entre os dois tratamentos ao longo das semanas e ao longo de um dia do ensaio, foram efetuadas recolhas de água semanalmente nos dois tratamentos, e na terceira, quarta e quinta semana foram feitas recolhas a cada duas horas, entre as 06h00 e as 22h00. A ausência de diferenças significativas nos nutrientes entre os dois sistemas revela que a qualidade da água foi similar entre ambos os tratamentos na análise por semanas. No entanto, na análise de duas em duas horas, os valores de amónia e nitritos diferiram entre os tratamentos, possivelmente devido a períodos de excreção dos peixes a coincidir com as últimas horas de recolha de amostras. Na análise semanal, foram verificadas variações significativas na primeira semana e nas últimas semanas de ensaio para NH3 e NO3-, tais oscilações podem estar associadas ao aumento de temperatura verificado na fase final do ensaio. Era esperado que a presença da macroalga tivesse um impacto bioremediador significativo nos nutrientes dissolvidos e possivelmente na condição do peixe. Para avaliar esses resultados, foram realizadas análises hematológicas e observações histológicas nos peixes no final da experiência. No entanto, não foram identificadas diferenças significativas na concentração de nutrientes dissolvidos, e os resultados indicaram um impacto não significativo nas análises histológicas e hematológicas dos peixes. Apesar da ausência de diferenças entre os dois sistemas, observou-se um crescimento em peso e comprimento total nos peixes em ambos os tratamentos. Os resultados sugerem que a Ulva sp. é uma macroalga que se integra eficientemente com os sistemas recirculados. Embora não tenham sido observadas mudanças significativas na qualidade da água, ambos os tratamentos demonstraram um crescimento e uma boa condição do peixe. Com mais estudos neste tema, poderá ser alcançada uma proporção adequada entre a biomassa inicial de macroalga e de peixes no sistema, o que poderia resultar em impactos significativos na performance dos peixes e na produção de Ulva sp.
A aquacultura tem-se revelado nos últimos anos como o setor alimentar com maior crescimento no mundo. A crescente procura tem levado a práticas mais sustentáveis na aquacultura. O desenvolvimento destas práticas tem aumentado ano após ano, com otimizações dos sistemas existentes e a integração de novas espécies em sistemas já utilizados a serem soluções para uma aquacultura mais sustentável. Os Sistemas de Aquacultura de Recirculação (RAS) oferecem soluções ao nível da conservação dos recursos hídricos, redução da poluição e aumento da eficiência na produção de organismos aquáticos. A utilização destes tipos de sistemas tem aumentado gradualmente ao longo dos anos. A sua capacidade em aumentar a variabilidade e sustentabilidade de espécies em apenas um cultivo torna-se altamente benéfica ao garantir as mesmas ou melhores condições para o cultivo base, permitindo atingir diferentes mercados pela integração de novas espécies de diferentes níveis tróficos nestes sistemas recirculados (IRAS). A integração dessas novas espécies pode também ter um impacto positivo na qualidade da água, ou até nas espécies integradas no sistema, permitindo assim um desenvolvimento mais sustentável do sistema em si. As principais dificuldades associadas ao RAS advêm do custo, da experiência necessária para operar esses sistemas e, principalmente, da gestão da qualidade da água. A troca reduzida de água causa acumulação de nutrientes dissolvidos dentro do sistema e, se não forem devidamente removidos, podem tornar-se um problema para o sistema. Em casos particulares, a produção de elevados níveis de amónia, nitritos e nitratos pode causar sérios problemas nos peixes, originando doenças, danos físicos ou até a morte, em casos extremos de presença desses compostos. A manifestação desses problemas pode ser observada pela análise dos parâmetros hematológicos do peixe ou pela observação das brânquias em microscopia. A observação do sangue do peixe consegue fornecer uma imagem dos processos endócrinos, imunológicos, reprodutivos, e genéticos em relação às condições ambientais a que foram submetidos. O hematócrito e a hemoglobina são indicadores importantes do transporte de oxigénio no peixe, permitindo fazer comparações entre o oxigénio transportado e a performance do peixe num sistema durante um determinado espaço de tempo. A integração de macroalgas em RAS pode servir como solução para a remoção de compostos como amónia, nitratos e fosfatos da água. As macroalgas têm um elevado potencial biorremediador, a sua facilidade de absorção de nutrientes como o azoto e o fósforo da água potencia a redução da acumulação desses nutrientes no sistema. As macroalgas durante o seu processo de fotossíntese não só libertam oxigénio (O2) na água, podendo aumentar os níveis de oxigénio dissolvido e assim melhorar as condições de vida dos organismos neste sistema, como também reduzem os níveis de dióxido de carbono (CO2), que são altamente prejudiciais para os peixes. A integração das macroalgas potência uma prática promissora para melhorar a qualidade da água, promover a sustentabilidade e aumentar a eficiência do sistema RAS. Este estudo tem como objetivo comparar um sistema base RAS com um sistema integrado com o género Ulva sp. (IRAS). Como objetivo específico, pretende comparar entre sistemas o nível de qualidade da água, performance dos peixes e a própria capacidade de biorremediação da macroalga, assim como o seu crescimento a diferentes densidades de cultivo. Com a integração da macroalga do género Ulva sp. num sistema em recirculação com dourada (Sparus aurata) (IRAS), procuram-se resultados positivos no crescimento e desenvolvimento dos peixes e das macroalgas. Para alcançar este objetivo, foram usados dois sistemas distintos: RAS e IRAS, onde ambos foram submetidos às mesmas condições, incluindo igual densidade de peixes (12 kg m-3), diferenciando-se apenas o IRAS, onde foi introduzida a espécie Ulva sp. Temperatura, oxigénio, pH e salinidade foram medidos e injeções de oxigénio foram efetuadas em ambos os sistemas, de forma a garantir condições adequadas para o desenvolvimento de ambas as espécies. A Ulva sp. foi introduzida a três densidades diferentes (1.0, 1.5, e 2.0 kg peso fresco m-2) e amostragens semanais foram efetuadas para verificar o crescimento e a biorremediação de nitrogénio para as três densidades cultivadas. A macroalga demonstrou uma taxa de crescimento (SGR) significativamente maior na densidade mais baixa. Os valores de absorção de nitrogénio não variaram entre densidades, mas tiveram um aumento significativo quando medidos no fim do ensaio em comparação com os medidos inicialmente. Para avaliar e comparar a qualidade da água entre os dois tratamentos ao longo das semanas e ao longo de um dia do ensaio, foram efetuadas recolhas de água semanalmente nos dois tratamentos, e na terceira, quarta e quinta semana foram feitas recolhas a cada duas horas, entre as 06h00 e as 22h00. A ausência de diferenças significativas nos nutrientes entre os dois sistemas revela que a qualidade da água foi similar entre ambos os tratamentos na análise por semanas. No entanto, na análise de duas em duas horas, os valores de amónia e nitritos diferiram entre os tratamentos, possivelmente devido a períodos de excreção dos peixes a coincidir com as últimas horas de recolha de amostras. Na análise semanal, foram verificadas variações significativas na primeira semana e nas últimas semanas de ensaio para NH3 e NO3-, tais oscilações podem estar associadas ao aumento de temperatura verificado na fase final do ensaio. Era esperado que a presença da macroalga tivesse um impacto bioremediador significativo nos nutrientes dissolvidos e possivelmente na condição do peixe. Para avaliar esses resultados, foram realizadas análises hematológicas e observações histológicas nos peixes no final da experiência. No entanto, não foram identificadas diferenças significativas na concentração de nutrientes dissolvidos, e os resultados indicaram um impacto não significativo nas análises histológicas e hematológicas dos peixes. Apesar da ausência de diferenças entre os dois sistemas, observou-se um crescimento em peso e comprimento total nos peixes em ambos os tratamentos. Os resultados sugerem que a Ulva sp. é uma macroalga que se integra eficientemente com os sistemas recirculados. Embora não tenham sido observadas mudanças significativas na qualidade da água, ambos os tratamentos demonstraram um crescimento e uma boa condição do peixe. Com mais estudos neste tema, poderá ser alcançada uma proporção adequada entre a biomassa inicial de macroalga e de peixes no sistema, o que poderia resultar em impactos significativos na performance dos peixes e na produção de Ulva sp.
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Keywords
Biorremediação Macroalga Condição do peixe Qualidade da água