Resumo
O cultivo de plantas vasculares em sistemas aquapônicos integrados a produção de animais marinhos esta crescendo no setor de alimentos. Com isto, o estabelecimento de melhores técnicas de propagação, o atendimento as preferências nutricionais e o uso de regime de poda apropriadas para as halófitas SalicornianeeiLag.,ApiumgraveolensL. e PaspalumvaginatumSw. irá contribuir para o aumento da produção vegetativa destas espécies comercializáveis.Esta tese teve como objetivo otimizar a produção das halófitas brasileiras S.neei, A.graveolens e P.vaginatum em aquaponia salina com água clarificada proveniente da produção de LitopenaeusvannameiB. em sistema de bioflocos (BFT). Para estabelecer um protocolo de germinação para a variedade selvagem de A. graveolens, ensaios com distintas temperaturas, concentrações e tipos de desinfetantes químicos foram testados, resultando na produção de mudas de aipo selvagem (90-100%) pela desinfecção das sementes com hipoclorito de sódio a 5-10% e incubadas sob um termoperíodo de 20/30 ºC (12h: 12h) (Capítulo 1).No Capítulo 2, foi verificado se as três halófitas estudadas podem absorver ambas as formas de nitrogênio fornecidas(amônio ou nitrato), e destacado que o nitrato é a forma preferida de nitrogênio absorvida por S. neei e A. graveolens. Níveis de nitrogênio acima de 10 mg L-1 melhoraram o crescimento e a produção de biomassa, mesmo em combinação de formas mistas de nitrogênio. O alto suprimento de amônio como forma exclusiva de nitrogênio afeta negativamente S. neei e A. graveolens, devido à acidificação da rizosfera, mas este estresse pode ser aliviado pelo aumento do pH da água. Paspalumvaginatumnão foi sensível à alta concentração de amônio. O nível de fósforo não foi um problema para todas as espécies, mas pode limitar a produção de S. neei e A. graveolenssob alta concentração de nitrato na água de cultivo, condição de fósforo incomum nos sistemas de aquicultura atuais.Os requerimentos micronutricionais do crescimento e produção de biomassa de S. neei são atendidos pelo uso da água clarificada do sistema BFT de L. vannamei. Entretanto, a suplementação de micronutrientes na água (particularmente ferro, manganês e molibdênio) foi necessária para aumentar o crescimento de P. vaginatum. O fraco desenvolvimento de plantas de A. graveolens nas condições experimentais não permitiu avaliar suas respostas às adições de micronutrientes. A fertilização foliar de micronutrientes não foi eficaz para melhorar o crescimento das halófitas (Capítulo 3).As plantas foram submetidas a cortes consecutivos de suas estruturas aéreas a cada 14 e 28 dias (Capítulo 4), e P. vaginatum e S. neei mostraram capacidade de rebrotaram em todos os tratamentos aplicados. O tratamento de um corte (a cada 28 dias) permitiu estruturas foliares com melhor valor comercializável, devido a prevenir ao acúmulo de matéria morta e ter abundante perfilhamento e folhas de P. vaginatum, assim como produzir S. neeicom grande quantidade de ramos com tamanho comercializável e não lignificado.A prática de poda não modificou a capacidade das halófitas de assimilação de nitrogênio em sua biomassa a partir da água do sistema aquapônico. No geral, as halófitas brasileiras estudadas podem ser facilmente produzidas em aquaponia salina com águas do sistema BFT de L. vannamei, com as práticas divulgadas de melhor germinação, uso de necessidades nutricionais mínimas e manejo de poda estabelecido nesta tese.
The cultivation of vascular plants in aquaponic integrated systems to marine animal production is growing in the food sector. Thereby, the establishment of best propagation techniques, the attendance of nutritional requirements and appropriate use of cutting frequencies for the halophytes SalicornianeeiLag.,ApiumgraveolensL.and Paspalumvaginatum Sw. will contribute to the increment of vegetative production of these marketable species. This thesis aimed to optimize the production of the Brazilian halophytes S.neei, A.graveolensandP.vaginatumin saline aquaponics with clarified water from the production of LitopenaeusvannameiB. in Biofloc Technology (BFT) system. In order to establish a protocol of germination for the wild variety of A.graveolens, trials with distinct temperatures, concentration and types of chemical disinfectants were tested, resulting in production of seedling of wild celery (90-100%) by the disinfection of the seeds with 510% sodium hypochlorite and incubating them under a 20/30 ºC thermoperiod (12h:12h) (Chapter 1).In Chapter 2, it was verified if the three studied halophytes can uptake both nitrogen forms supplied (ammonium or nitrate), and highlighted that nitrate is the preferred nitrogen form absorbed byS.neei and A. graveolens. Nitrogen level higher than 10 mgL-1 improved growth and biomass production, even in combination of mixed nitrogen forms. High supply of ammonium as sole nitrogen form affect negatively S.neei and A. graveolens, due torhizosphere acidification, but this stress can be relieved by increasing waterpH.Paspalumvaginatum was not sensitive to the high ammonium concentration. Phosphorus level was not an issue for all species, but may limit S. neeiand A. graveolens production under a high nitrate concentration in the cultivation water, unusual phosphorus condition in current aquaculture systems. Micronutritional requirements of the S.neeigrowth and biomass production are attended by the use of the clarified water from BFT system of L. vannamei.However, micronutrient supplementation in the water (particularly iron, manganese and molybdenum) was necessary to increaseP. vaginatumgrowth. Poor development of A. graveolensplants under the experimental conditions did not allow evaluation of their responses to micronutrient additions. Foliar fertilization of micronutrient was not effective to improve halophytes growth (Chapter 3). Plants were submitted to consecutive cuttings of their aerial structures at every 14 and 28 days (Chapter 4), and P. vaginatumand S. neei showed ability to regrowth in all treatments applied. One cutting treatment (every 28 days) allowed foliar structures with better marketable value, due to prevent the accumulation of dead matter and have plentiful tillering and leaves of P. vaginatum, as well as to produceS. neei with large amount of branches with marketable size and not lignified. Cutting practice did not modify halophytes capacity of nitrogen assimilation into their biomass from water of the aquaponic systems. Overall, the studied Brazilian halophytes can be easily produced in saline aquaponics with waters from BFT system of L. vannameiwith the disclosed practices of best germination, use of minimum nutritional needs and cutting management established in this thesis.
Resumo
Sarcocornia ambigua (Michx.) M.A.Alonso & M.B.Crespo, é uma halófita costeira de ampla distribuição na costa atlântica da América do Sul, capaz de ser cultivada com efluente salino da carcinicultura, que possui alta qualidade nutricional para dieta de animais e humana, além de características químicas para a produção de biocombustível. Este estudo visou investigar variações no desenvolvimento e na composição nutricional das progênies f3 e f4 das linhagens BTH1 e BTH2 de S. ambigua irrigadas com efluente salino da carcinicultura. No período verão-outono de 2014, as plantas foram submetidas a um cultivo tardio de 17 semanas e alta frequência de irrigação (4 vezes ao dia). Da primavera 2014 até o outono de 2015, as plantas foram irrigadas com efluentes salinos da carcinicultura a cada dois dias (T2) e a cada quatro dias (T4) durante 22 semanas. Parâmetros químicos da água do efluente e do solo dos canteiros foram monitorados, além de características biométricas, floração, biomassa fresca produzida e o conteúdo mineral das plantas foram avaliados nestes cultivos de plantas. A linhagem BTH2 apresentou um maior desenvolvimento em altura, ramificação, comprimento da maior ramificação e taxa de crescimento em altura do que BTH1, em ambos os experimentos. O plantio tardio (Fevereiro 2014) e exposição a um fotoperíodo médio de 10,7 horas de luz resultaram em um período pré-reprodutivo nas progênies até 3 vezes menor do que observado em plantas crescendo nas marismas. Em 2014, o período de floração de BTH1-f3 apresentou metade do comprimento do observado em BTH2, enquanto que, em 2015, BTH1 floresceu mais precocemente que BTH2. Adicionalmente, a redução na frequência de irrigação (T4) aumentou significantemente as médias de altura e do tempo para início da floração de S. ambigua. Caules de BHT1 apresentaram maiores concentrações de N, P, Cu, Zn, Fe e Mn e suas raízes maiores concentrações de N e Mg do que progênies BTH2. A maior calcificação nos caules e raízes de plantas BTH2 do que de BTH1 poderia ser parcialmente responsável pelo hábito ereto de BTH2 em comparação com o hábito prostrado dos caules de BTH1. Altos níveis de elementos metálicos, mas particularmente de Fe e Mn nas raízes foram encontrados ambas linhagens. Todas as progênies apresentaram alta qualidade nutricional, e o consumo diário de 20 g secas de caules de S. ambigua permite suprir aproximadamente 30% do requerimento humano diário dos minerais analisados. O programa de melhoramento com linhagens puras de S. ambigua, permitiu a obtenção de plantas com diferentes VIII características agronômicas em um curto prazo (4 anos) para diferentes finalidades econômicas.
Sarcocornia ambigua (Michx.) M.A.Alonso & M.B.Crespo is a widespread coastal halophyte of South America, which can be cultivated with saline shrimp farming effluents. It has nutritional quality for human and animal diets, as well as chemical characteristics for biofuel production. This study aimed to evaluate the variations in growth and nutritional composition of the f3 and f4 progenies of BTH1 and BTH2 lineages of S. ambigua irrigated with shrimp farming effluent. During summer-fall 2014, plants were subjected to late season cultivation with high frequency of irrigation (four times per day) for 17-weeks. Between spring 2014 and fall 2015, plants were irrigated with shrimp farming effluent every other day (T2) and every 4 days (T4) for 22 weeks. For both experiments, chemical parameters of the water of the effluent and the soil of the field plot were monitored during the cultivation of the plants, as well as biometric characteristics, flowering, biomass production and mineral content of the plants were quantified. BTH2 lineage had higher development in height, shoot branching, longest branch length and shoot growth rate than BTH1 lineage in both experiments. Late planting of the progenies in the field plot (February 2014) and exposition to an average photoperiod of 10,7 hours of light resulted in a pre-reproductive period up to 3 times shorter than for plants growing in salt marshes. In 2014, the flowering season of BTH1-f3 progeny had half of the length of the BTH2 lineage, whereas, in 2015, BHT1 lineage blossomed more premature than BTH2 lineage. Additionally, the averages of shoot height and the time of the onset of flowering of S. ambigua increased significantly with less frequent irrigation (T4). BHT1 shoots had higher concentrations of N, P, Cu, Zn, Fe and Mn and its roots had higher concentrations of N and Mg than BTH2 lineage. Higher degree of calcification in shoots and roots of BTH2 lineages than BTH1 lineages may be partially responsible for the upright appearance of BTH2 shoots in comparison with the prostrate BTH1 shoots. High levels of metallic (trace) elements, but particularly Fe and Mn in their roots were found in both lineages. All progenies showed high mineral nutritional quality and a daily consumption of 20 g of dried shoots of S. ambigua can supply roughly 30% of the recommended daily intake of analyzed minerals for an adult human. The breeding program of S. ambigua, based on pure line breeding, allowed to obtain plants with different agronomic characteristics in short-term (4 years), which can be use in distinct production purposes.