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Abstract(s)
The growth of the world population represents a great challenge for an adequate response to sustainable food production. Unfortunately, the conventional approach to agriculture, adopted in response to this challenge, entails adverse consequences for both the environment and consumer health. To control and/or reduce these consequences, various sustainable plant production techniques have been employed with great success.
Aquaponics is a practice that combines hydroponics with aquaculture, distinguishing itself from conventional practices through the more efficient use of water, as the essential nutrients for plant matrix growth come from fish production wastewater. This practice can be established in a coupled or decoupled manner (without a water recirculation system between the hydroponic and aquaculture systems).
To meet the specific nutritional needs for sustainable plant production, this project proposes the implementation of a decoupled aquaponics system for the hydroponic production of rocket (Eruca vesicaria L.) using wastewater from the production of a native freshwater fish, Calandino (Squalius alburnoides), in an aquaculture system. The wastewater will be monitored in terms of physicochemical and microbiological parameters, namely, pH, conductivity,
temperature, dissolved oxygen concentration and aeration, ammonia and nitrate concentrations, total nitrogen and phosphorus, total coliforms, thermotolerant coliforms, Escherichia coli, and sulfite-reducing Clostridium spores. Additionally, the quality of aquaponics produced rocket will be evaluated through physiological growth characteristics and through its nutritional, chemical, and bioactive profile compared to commercial arugula.
The results revealed critical challenges that affected the performance of the aquaponic system, including suboptimal environmental and water quality conditions for both fish and plants. For the aquaculture component, high nitrite, phosphorus, and dissolved oxygen levels, along with high microbial contamination, compromised fish health and nutrient availability.
Similarly, the hydroponic component experienced growth challenges due to fluctuating environmental factors such as temperature, humidity, pH, and electrical conductivity, which negatively impacted rocket plant development. Despite these challenges, the aquaponic system showed potential for producing nutrient-dense crops, with the microbial load in fish wastewater underscoring the need for effective water treatment and microbial management.
This study emphasizes the importance of rigorous control over key environmental parameters in aquaponics, highlighting the need for optimized systems that balance the specific requirements of both the aquaculture and hydroponic components. By fine-tuning nutrient concentrations, improving water quality management, and implementing better climate control, aquaponics systems can enhance both fish health and plant productivity, offering a sustainable alternative to conventional agriculture. The findings contribute valuable insights into refining aquaponic practices for improved sustainability and productivity in food production systems.
O crescimento da população mundial representa um grande desafio para uma resposta adequada para a produção sustentável de alimentos. Infelizmente, a abordagem convencional da agricultura, adotada em resposta a este desafio, acarreta consequências adversas tanto para o meio ambiente como para a saúde do consumidor. De forma a controlar e/ou diminuir estas consequências, várias técnicas de produção sustentável de plantas têm vindo a ser empregues com grande sucesso. A aquaponia é uma prática que conjuga a hidroponia com a aquacultura, distinguindo-se das práticas convencionais pelo uso mais eficaz da água, uma vez que os nutrientes essenciais para o crescimento da matriz vegetal são oriundos das águas residuais de produção de peixe. Esta prática pode ser estabelecida de forma acoplada ou desacoplada (sem sistema de recirculação de água entre o sistema hidropónico e de aquicultura). Com o objetivo de satisfazer as necessidades nutricionais específicas para a produção vegetal de forma sustentável, este projeto propõe a implementação de um sistema de aquaponia desacoplado para a produção em sistema hidropónico de rúcula (Eruca vesicaria L.) através de águas residuais de produção de um peixe nativo, o bordalo (Squalius alburnoides) em sistema de aquacultura. As águas residuais serão monitorizadas em termos de parâmetros físico-químicos e microbiológicos, nomeadamente, pH, condutividade, temperatura, concentração de oxigénio e oxigenação, concentração de nitrato de amónia, nitrogénio total e fósforo, coliformes totais, coliformes termotolerantes, Escherichia coli e esporos de Colstridium sulfito-redutores. Ainda, a qualidade da rúcula produzida em aquaponia será avaliada através de características fisiológicas de crescimento, mas também através do seu perfil nutricional, químico e bioativos comparada com a rúcula comercial. Os resultados mostraram desafios críticos que afetaram o desempenho do sistema aquapónico, incluindo condições subótimas de ambiente e qualidade da água tanto para os peixes como para as plantas. Para o componente da aquacultura, os baixos níveis de nitritos, fósforo e oxigénio dissolvido, juntamente com a alta carga microbiana, comprometeram a saúde dos peixes e a disponibilidade de nutrientes. Da mesma forma, a componente hidropónica enfrentou dificuldades de crescimento devido a fatores ambientais flutuantes, como temperatura, humidade, pH e condutividade elétrica, que afetaram negativamente o desenvolvimento da rúcula. Apesar destes desafios, o sistema aquapónico revelou potencial para produzir culturas de plantas ricas em nutrientes, com a carga microbiana nas águas residuais dos peixes a sublinhar a necessidade de um tratamento eficaz da água e gestão microbiana. Este estudo enfatiza a importância de um controlo rigoroso sobre os parâmetros ambientais chave na aquaponia, destacando a necessidade de sistemas otimizados que equilibrem os requisitos específicos dos componentes da aquacultura e da hidroponia. Ao ajustar as concentrações de nutrientes, melhorar a gestão da qualidade da água e implementar um melhor controlo das condições climátiacs, os sistemas aquapónicos podem melhorar tanto a saúde dos peixes como a produtividade das plantas, oferecendo uma alternativa sustentável à agricultura convencional. Os resultados fornecem insights valiosos para refinar as práticas em aquaponia, melhorando a sustentabilidade e produtividade nos sistemas de produção de alimentos.
O crescimento da população mundial representa um grande desafio para uma resposta adequada para a produção sustentável de alimentos. Infelizmente, a abordagem convencional da agricultura, adotada em resposta a este desafio, acarreta consequências adversas tanto para o meio ambiente como para a saúde do consumidor. De forma a controlar e/ou diminuir estas consequências, várias técnicas de produção sustentável de plantas têm vindo a ser empregues com grande sucesso. A aquaponia é uma prática que conjuga a hidroponia com a aquacultura, distinguindo-se das práticas convencionais pelo uso mais eficaz da água, uma vez que os nutrientes essenciais para o crescimento da matriz vegetal são oriundos das águas residuais de produção de peixe. Esta prática pode ser estabelecida de forma acoplada ou desacoplada (sem sistema de recirculação de água entre o sistema hidropónico e de aquicultura). Com o objetivo de satisfazer as necessidades nutricionais específicas para a produção vegetal de forma sustentável, este projeto propõe a implementação de um sistema de aquaponia desacoplado para a produção em sistema hidropónico de rúcula (Eruca vesicaria L.) através de águas residuais de produção de um peixe nativo, o bordalo (Squalius alburnoides) em sistema de aquacultura. As águas residuais serão monitorizadas em termos de parâmetros físico-químicos e microbiológicos, nomeadamente, pH, condutividade, temperatura, concentração de oxigénio e oxigenação, concentração de nitrato de amónia, nitrogénio total e fósforo, coliformes totais, coliformes termotolerantes, Escherichia coli e esporos de Colstridium sulfito-redutores. Ainda, a qualidade da rúcula produzida em aquaponia será avaliada através de características fisiológicas de crescimento, mas também através do seu perfil nutricional, químico e bioativos comparada com a rúcula comercial. Os resultados mostraram desafios críticos que afetaram o desempenho do sistema aquapónico, incluindo condições subótimas de ambiente e qualidade da água tanto para os peixes como para as plantas. Para o componente da aquacultura, os baixos níveis de nitritos, fósforo e oxigénio dissolvido, juntamente com a alta carga microbiana, comprometeram a saúde dos peixes e a disponibilidade de nutrientes. Da mesma forma, a componente hidropónica enfrentou dificuldades de crescimento devido a fatores ambientais flutuantes, como temperatura, humidade, pH e condutividade elétrica, que afetaram negativamente o desenvolvimento da rúcula. Apesar destes desafios, o sistema aquapónico revelou potencial para produzir culturas de plantas ricas em nutrientes, com a carga microbiana nas águas residuais dos peixes a sublinhar a necessidade de um tratamento eficaz da água e gestão microbiana. Este estudo enfatiza a importância de um controlo rigoroso sobre os parâmetros ambientais chave na aquaponia, destacando a necessidade de sistemas otimizados que equilibrem os requisitos específicos dos componentes da aquacultura e da hidroponia. Ao ajustar as concentrações de nutrientes, melhorar a gestão da qualidade da água e implementar um melhor controlo das condições climátiacs, os sistemas aquapónicos podem melhorar tanto a saúde dos peixes como a produtividade das plantas, oferecendo uma alternativa sustentável à agricultura convencional. Os resultados fornecem insights valiosos para refinar as práticas em aquaponia, melhorando a sustentabilidade e produtividade nos sistemas de produção de alimentos.
Description
Keywords
Decoupled aquaponics Rocket Calandino Wastewater Nutritional profile