Root extracts of Bracchiaria humidicola andSaccharum spontaneum to increase N use by sugarcane

Retaining the mineral N in the form of NH4+ in the soil for a lengthy period is desirable for reducing losses. Furthermore, there is evidence that sugarcane prefers NH4+-N in place of NO3-N. This study aimed firstly, to evaluate the potential of root extracts of Bracchiaria humidicola andSaccharum spontaneum, in contrast with the DCD (Dicyandiamide) inhibitor, to increase absorption of N by plants fertilized with ammonium sulfate, and secondly, to quantify the emission of N2O fluxes with the use of this inhibitor. The experiment was developed in a glasshouse in an entirely randomized design where four treatments were applied: AS) ammonium sulfate (control); AS+DCD) ammonium sulfate associated with dicyandiamide; AS+BCH) ammonium sulfate associated with root extracts ofBrachiaria humidicola; and AS+SCS) ammonium sulfate associated with root extracts of Saccharum spontaneum. Differences were observed in biomass production in plants 45 and 60 days after fertilization (DAF) and 15 and 60 days in biomass accumulation of roots. The application of AS associated with DCD synthetic inhibitor kept NO3-N values low throughout the evaluation period, while in other treatments the concentration increased right up to the second evaluation 15 DAF. Sugarcane plants did not benefit from the increased presence of ammoniacal N promoted by DCD. The use of DCD reduced the average flux of N2O during the evaluation period compared to plants receiving AS treatments only, which was not observed when root extracts of B. humidicola and S. spontaneum were used.

Root extracts of Bracchiaria humidicola andSaccharum spontaneum to increase N use by sugarcane

Retaining the mineral N in the form of NH4+ in the soil for a lengthy period is desirable for reducing losses. Furthermore, there is evidence that sugarcane prefers NH4+-N in place of NO3-N. This study aimed firstly, to evaluate the potential of root extracts of Bracchiaria humidicola andSaccharum spontaneum, in contrast with the DCD (Dicyandiamide) inhibitor, to increase absorption of N by plants fertilized with ammonium sulfate, and secondly, to quantify the emission of N2O fluxes with the use of this inhibitor. The experiment was developed in a glasshouse in an entirely randomized design where four treatments were applied: AS) ammonium sulfate (control); AS+DCD) ammonium sulfate associated with dicyandiamide; AS+BCH) ammonium sulfate associated with root extracts ofBrachiaria humidicola; and AS+SCS) ammonium sulfate associated with root extracts of Saccharum spontaneum. Differences were observed in biomass production in plants 45 and 60 days after fertilization (DAF) and 15 and 60 days in biomass accumulation of roots. The application of AS associated with DCD synthetic inhibitor kept NO3-N values low throughout the evaluation period, while in other treatments the concentration increased right up to the second evaluation 15 DAF. Sugarcane plants did not benefit from the increased presence of ammoniacal N promoted by DCD. The use of DCD reduced the average flux of N2O during the evaluation period compared to plants receiving AS treatments only, which was not observed when root extracts of B. humidicola and S. spontaneum were used.(AU)

Treatment of swine manure: case studies in Europeans N-surplus areas

In this study, eight different manure treatment plants were monitored. The plants were four on-farm and four centralized treatment plants, all of them at full-scale level. Assessment includes a total of seven pre-treatment and process units as follows: mechanical separation, with and without coagulant and flocculant addition, pasteurization, nitrification-denitrification, anaerobic digestion, and composting. The plants are located in nutrient surplus areas of three European Member States (Spain, Italy and Denmark), the majority of these areas being Nitrate Vulnerable Zones (NVZ). Results presented herein are data collected over a six-month period and comprise performance data of the treatment plants, pathogen indicators (E.coli and Salmonella) and greenhouse gas (GHG) emissions data under two scenarios: 1) the baseline scenario and 2) the treatment plant scenario. The assessment includes GHG emissions of the storage facilities, transportation, and subsequent intermediate storage, electric consumption, electric production, composting, and land application. All treatment plants studied generated a significant reduction in GHG emissions (between 53 and 90 %) in comparison to the baseline scenario. Organic matter and total solids (TS) content in manure were also greatly reduced, with values ranging between 35-53 % of chemical oxygen demand (COD) and, 24-61 % of TS for anaerobic digestion (AD) treatment plants, 77-93 % COD and 70 % TS in the case of AD combined with nitrogen (N)-removal unit plants. Nitrogen concentrations were also greatly reduced (between 65-85 %) total Kjeldahl nitrogen (TKN) and 68-83 % ammonium (NH4+-N)) in plants with N-removal units.

Treatment of swine manure: case studies in Europeans N-surplus areas

In this study, eight different manure treatment plants were monitored. The plants were four on-farm and four centralized treatment plants, all of them at full-scale level. Assessment includes a total of seven pre-treatment and process units as follows: mechanical separation, with and without coagulant and flocculant addition, pasteurization, nitrification-denitrification, anaerobic digestion, and composting. The plants are located in nutrient surplus areas of three European Member States (Spain, Italy and Denmark), the majority of these areas being Nitrate Vulnerable Zones (NVZ). Results presented herein are data collected over a six-month period and comprise performance data of the treatment plants, pathogen indicators (E.coli and Salmonella) and greenhouse gas (GHG) emissions data under two scenarios: 1) the baseline scenario and 2) the treatment plant scenario. The assessment includes GHG emissions of the storage facilities, transportation, and subsequent intermediate storage, electric consumption, electric production, composting, and land application. All treatment plants studied generated a significant reduction in GHG emissions (between 53 and 90 %) in comparison to the baseline scenario. Organic matter and total solids (TS) content in manure were also greatly reduced, with values ranging between 35-53 % of chemical oxygen demand (COD) and, 24-61 % of TS for anaerobic digestion (AD) treatment plants, 77-93 % COD and 70 % TS in the case of AD combined with nitrogen (N)-removal unit plants. Nitrogen concentrations were also greatly reduced (between 65-85 %) total Kjeldahl nitrogen (TKN) and 68-83 % ammonium (NH4+-N)) in plants with N-removal units.(AU)

Substrates for biofilter in recirculating system in Nile tilapia larviculture production

SUMMARY Recirculating water system (RAS), provide to reduce water usage and to improve the quality by nutrient recycling, so biofilters are used to reduce ammonia concentrations by oxidation to nitrate, by nitrifying-bacteria. Biological filters have been utilized to maintain acceptable water parameters to larvae and juveniles, by decreasing ammonia concentrations. The objective of this experiment was to evaluate different substrates for aquarium biofilter on performance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larvae, and water quality. One-thousand-two-hundred Nile tilapia larvae (initial length = 11.6 ± 0.82 mm; body weight (BW) =189.0 ± 0.44mg) were randomly allotted into one of twenty 6-L aquariums (60 larvae aquarium-1) with five different biofilter (4 aquariums each biofilter): (1) control, no substrate; (2) seashell-and granitic crushed stone-substrate; (3) granitic crushed stone substrate; (4) quartz gravel substrate; and (5) porcelain-substrate. The conductivity, turbidity, pH, nitrate, nitrite and ammonia values indicate that seashell and granitic crushed-stone, and porcelain-substrates had greater process of biofiltration effectiveness. Water oxygen did not differ among treatments, with all levels within the benchmark for the tilapia larvae. Fishes reared in aquarium with quartz gravel-and porcelain substrate fishes had greater BW, total and standard length compared with its from other substrates. Porcelain-substrate biofilter is indicated for tilapia larviculture due to improved weight and length and water quality.

RESUMO Sistemas de recirculação de água (RAS) reduzem o uso de água e melhoram sua qualidade com a reciclagem de nutrientes, sendo os biofiltros usados para reduzir a concentração de amônia por oxidação a nitrato, por bactérias nitrificantes. Os filtros biológicos têm sido utilizados para manter os parâmetros da água aceitáveis para larvas e juvenis, diminuindo a concentração de amônia. O objetivo do experimento foi avaliar diferentes tipos de substratos para biofiltro no aquário sobre o desempenho de larvas de tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, e qualidade da água. Foram utilizadas 1.200 larvas de tilápia do Nilo (comprimento inicial = 11,58 ± 0,82mm; peso = 189,00 ± 44,0mg) foram randomicamente distribuídos em vinte aquários contendo 6 L (60 larvas aquário-1) com cinco biofiltros diferentes (4 aquários cada): (1) controle, sem substrato; (2) brita granítica e concha; (3) brita granítica; (4) cascalho de quartzo e (5) porcelana. Os valores de condutividade, turbidez, pH, nitrato, nitrito e amônia indicam que os biofiltros compostos por brita e concha e por porcelana apresentaram a melhor eficiência do processo de biofiltração. O oxigênio dissolvido na água não diferiu entre os tratamentos, sendo os níveis adequados para a espécie. Peixes cultivados em aquários com biofiltros com porcelana e cascalho no substrato, apresentaram maior peso e comprimentos total e padrão que nos demais substratos. Indica-se o uso de biofiltro composto de porcelana para a larvicultura de tilápia por proporcionar maior peso e comprimento e melhores parâmetros limnológicos.

Substratos para biofiltros em sistemas de recirculação na larvicultura de tilápia do Nilo / Substrates for biofilter in recirculating system in Nile tilapia larviculture production

Sistemas de recirculação de água (RAS) reduzem o uso de água e melhoram sua qualidade com a reciclagem de nutrientes, sendo os biofiltros usados para reduzir a concentração de amônia por oxidação a nitrato, por bactérias nitrificantes. Os filtros biológicos têm sido utilizados para manter os parâmetros da água aceitáveis para larvas e juvenis, diminuindo a concentração de amônia. O objetivo do experimento foi avaliar diferentes tipos de substratos para biofiltro no aquário sobre o desempenho de larvas de tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, e qualidade da água. Foram utilizadas 1.200 larvas de tilápia do Nilo (comprimento inicial = 11,58 ± 0,82mm; peso = 189,00 ± 44,0mg) foram randomicamente distribuídos em vinte aquários contendo 6 L (60 larvas aquário-1) com cinco biofiltros diferentes (4 aquários cada): (1) controle, sem substrato; (2) brita granítica e concha; (3) brita granítica; (4) cascalho de quartzo e (5) porcelana. Os valores de condutividade, turbidez, pH, nitrato, nitrito e amônia indicam que os biofiltros compostos por brita e concha e por porcelana apresentaram a melhor eficiência do processo de biofiltração. O oxigênio dissolvido na água não diferiu entre os tratamentos, sendo os níveis adequados para a espécie. Peixes cultivados em aquários com biofiltros com porcelana e cascalho no substrato, apresentaram maior peso e comprimentos total e padrão que nos dema(AU)

Recirculating water system (RAS), provide to reduce water usage and to improve the quality by nutrient recycling, so biofilters are used to reduce ammonia concentrations by oxidation to nitrate, by nitrifying-bacteria. Biological filters have been utilized to maintain acceptable water parameters to larvae and juveniles, by decreasing ammonia concentrations. The objective of this experiment was to evaluate different substrates for aquarium biofilter on performance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larvae, and water quality. One-thousand-two-hundred Nile tilapia larvae (initial length = 11.6 ± 0.82 mm; body weight (BW) =189.0 ± 0.44mg) were randomly allotted into one of twenty 6-L aquariums (60 larvae aquarium-1) with five different biofilter (4 aquariums each biofilter): (1) control, no substrate; (2) seashell-and granitic crushed stone-substrate; (3) granitic crushed stone substrate; (4) quartz gravel substrate; and (5) porcelain-substrate. The conductivity, turbidity, pH, nitrate, nitrite and ammonia values indicate that seashell and granitic crushed-stone, and porcelain-substrates had greater process of biofiltration effectiveness. Water oxygen did not differ among treatments, with all levels within the benchmark for the tilapia larvae. Fishes reared in aquarium with quartz gravel-and porcelain substrate fishes had greater BW, total and standard length compared with its(AU)

Substratos para biofiltros em sistemas de recirculação na larvicultura de tilápia do Nilo / Substrates for biofilter in recirculating system in Nile tilapia larviculture production

Sistemas de recirculação de água (RAS) reduzem o uso de água e melhoram sua qualidade com a reciclagem de nutrientes, sendo os biofiltros usados para reduzir a concentração de amônia por oxidação a nitrato, por bactérias nitrificantes. Os filtros biológicos têm sido utilizados para manter os parâmetros da água aceitáveis para larvas e juvenis, diminuindo a concentração de amônia. O objetivo do experimento foi avaliar diferentes tipos de substratos para biofiltro no aquário sobre o desempenho de larvas de tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, e qualidade da água. Foram utilizadas 1.200 larvas de tilápia do Nilo (comprimento inicial = 11,58 ± 0,82mm; peso = 189,00 ± 44,0mg) foram randomicamente distribuídos em vinte aquários contendo 6 L (60 larvas aquário-1) com cinco biofiltros diferentes (4 aquários cada): (1) controle, sem substrato; (2) brita granítica e concha; (3) brita granítica; (4) cascalho de quartzo e (5) porcelana. Os valores de condutividade, turbidez, pH, nitrato, nitrito e amônia indicam que os biofiltros compostos por brita e concha e por porcelana apresentaram a melhor eficiência do processo de biofiltração. O oxigênio dissolvido na água não diferiu entre os tratamentos, sendo os níveis adequados para a espécie. Peixes cultivados em aquários com biofiltros com porcelana e cascalho no substrato, apresentaram maior peso e comprimentos total e padrão que nos dema

Recirculating water system (RAS), provide to reduce water usage and to improve the quality by nutrient recycling, so biofilters are used to reduce ammonia concentrations by oxidation to nitrate, by nitrifying-bacteria. Biological filters have been utilized to maintain acceptable water parameters to larvae and juveniles, by decreasing ammonia concentrations. The objective of this experiment was to evaluate different substrates for aquarium biofilter on performance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larvae, and water quality. One-thousand-two-hundred Nile tilapia larvae (initial length = 11.6 ± 0.82 mm; body weight (BW) =189.0 ± 0.44mg) were randomly allotted into one of twenty 6-L aquariums (60 larvae aquarium-1) with five different biofilter (4 aquariums each biofilter): (1) control, no substrate; (2) seashell-and granitic crushed stone-substrate; (3) granitic crushed stone substrate; (4) quartz gravel substrate; and (5) porcelain-substrate. The conductivity, turbidity, pH, nitrate, nitrite and ammonia values indicate that seashell and granitic crushed-stone, and porcelain-substrates had greater process of biofiltration effectiveness. Water oxygen did not differ among treatments, with all levels within the benchmark for the tilapia larvae. Fishes reared in aquarium with quartz gravel-and porcelain substrate fishes had greater BW, total and standard length compared with its

Substrates for biofilter in recirculating system in Nile tilapia larviculture production

SUMMARY Recirculating water system (RAS), provide to reduce water usage and to improve the quality by nutrient recycling, so biofilters are used to reduce ammonia concentrations by oxidation to nitrate, by nitrifying-bacteria. Biological filters have been utilized to maintain acceptable water parameters to larvae and juveniles, by decreasing ammonia concentrations. The objective of this experiment was to evaluate different substrates for aquarium biofilter on performance of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larvae, and water quality. One-thousand-two-hundred Nile tilapia larvae (initial length = 11.6 ± 0.82 mm; body weight (BW) =189.0 ± 0.44mg) were randomly allotted into one of twenty 6-L aquariums (60 larvae aquarium-1) with five different biofilter (4 aquariums each biofilter): (1) control, no substrate; (2) seashell-and granitic crushed stone-substrate; (3) granitic crushed stone substrate; (4) quartz gravel substrate; and (5) porcelain-substrate. The conductivity, turbidity, pH, nitrate, nitrite and ammonia values indicate that seashell and granitic crushed-stone, and porcelain-substrates had greater process of biofiltration effectiveness. Water oxygen did not differ among treatments, with all levels within the benchmark for the tilapia larvae. Fishes reared in aquarium with quartz gravel-and porcelain substrate fishes had greater BW, total and standard length compared with its from other substrates. Porcelain-substrate biofilter is indicated for tilapia larviculture due to improved weight and length and water quality.

RESUMO Sistemas de recirculação de água (RAS) reduzem o uso de água e melhoram sua qualidade com a reciclagem de nutrientes, sendo os biofiltros usados para reduzir a concentração de amônia por oxidação a nitrato, por bactérias nitrificantes. Os filtros biológicos têm sido utilizados para manter os parâmetros da água aceitáveis para larvas e juvenis, diminuindo a concentração de amônia. O objetivo do experimento foi avaliar diferentes tipos de substratos para biofiltro no aquário sobre o desempenho de larvas de tilápia do Nilo, Oreochromis niloticus, e qualidade da água. Foram utilizadas 1.200 larvas de tilápia do Nilo (comprimento inicial = 11,58 ± 0,82mm; peso = 189,00 ± 44,0mg) foram randomicamente distribuídos em vinte aquários contendo 6 L (60 larvas aquário-1) com cinco biofiltros diferentes (4 aquários cada): (1) controle, sem substrato; (2) brita granítica e concha; (3) brita granítica; (4) cascalho de quartzo e (5) porcelana. Os valores de condutividade, turbidez, pH, nitrato, nitrito e amônia indicam que os biofiltros compostos por brita e concha e por porcelana apresentaram a melhor eficiência do processo de biofiltração. O oxigênio dissolvido na água não diferiu entre os tratamentos, sendo os níveis adequados para a espécie. Peixes cultivados em aquários com biofiltros com porcelana e cascalho no substrato, apresentaram maior peso e comprimentos total e padrão que nos demais substratos. Indica-se o uso de biofiltro composto de porcelana para a larvicultura de tilápia por proporcionar maior peso e comprimento e melhores parâmetros limnológicos.

Microbioma e parâmetros de operação de MBBR em um sistema de recirculação na piscicultura intensiva

O crescimento da indústria aquícola, nas últimas décadas, tem estimulado a produção intensiva de organismos aquáticos, o que gera resíduos mais concentrados que podem levar a problemas de poluição. Os sistemas de recirculação da aquicultura (RAS) são uma alternativa potencialmente sustentável para a atividade. O Biorreator de Leito Móvel com Biofilme, conhecido como MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) é uma tecnologia que foi desenvolvida para melhorar o desempenho e aumentar a capacidade de carga das estações de tratamento. A amônia e o nitrito, mesmo em concentrações reduzidas são danosas aos peixes, e devem ser um dos principais parâmetros de dimensionamento dos sistemas de tratamentos em RAS. O objetivo desse estudo foi avaliar o desempenho de biorreatores de leito móvel com biofilme em escala piloto no tratamento da água de um sistema de recirculação aquícola no cultivo de tilápias (Oreochromis niloticus). O primeiro artigo teve como objetivo analisar o processo e a maturação de reatores de biofilme de leito móvel (MBBR) sem inoculação bacteriana, avaliando os biofilmes e investigando as comunidades microbianas viáveis por 122 dias. Dois biorreatores (MBBR1 e MBBR2) acoplados em série receberam água de tanques de cultura de peixes que abrigavam a espécie Oreochromis niloticus. A biomassa para armazenamento de peixes foi aumentada e registrada no início de cada fase experimental, ou seja, fase 1 (duração: 28 dias, biomassa: 2,40 kg / m3), fase 2 (40 dias, 4,95 kg / m3), fase 3 (25 dias, 8,71 kg / m³) e fase 4 (25 dias, 12,23 kg / m³). O sucesso da maturação dos biorreatores ocorreu em torno de 100 dias do experimento, quando o índice de nitração aumentou para ~ 57% no MBBR1 e ~ 38% no MBBR2. Identificamos 105 espécies nos biofilmes, que foram agrupados em 65 gêneros, 3 dos quais foram além da adição: Pseudomonas (21,7%), Nitrospira (15,1%) e Gemmobacter (11,2%). Nitrospira foi identificada como o principal gênero bacteriano responsável pelo processo de nitrificação (ou seja, responsável por 12,0%). O segundo artigo teve como objetivo avaliar o impacto do tempo de retenção hidráulica (TRH) e da Fração de enchimento (FE) no desempenho de biorreator de leito móvel (MBBR) para o tratamento da água em um cultivo de tilápia-do-Nilo (Oreochromis niloticus). Foram avaliados dois diferentes tempos de retenção hidraulico TRH (Alta e Baixa) e três frações de enchimento de suporte FR de 60%, de 45% e de 15%. Foram utilizados seis tratamentos em esquema fatorial 3x2, para os quais foram avaliados os parâmetros NH4+, NO2-, NO3-, N-Total, P-total e a porcentagem de células bacteriana vivas. As taxas de remoção no biorreator de amônia e o nitrito foram as que mais sofreram influência da TRH, quanto maior a TRH mais eficiente foi remoção destes compostos. Foi observada influência dos fatores na quantidade de células bacterianas viáveis no biofilme, indicando que as células bacterianas possuem capacidade adaptativa as condições operacionais do MBBR. Esse é o primeiro trabalho que descreve os efeitos na qualidade da água, variando-se FE e TRH em RAS.

The growth of the aquaculture industry, in the last decades, has stimulated the intensive production of aquatic organisms, which generates more concentrated residues that can lead to pollution problems. Aquaculture recirculation systems (RAS) are a potentially sustainable alternative to the activity. The Biofilm Moving Bed Bioreactor, known as MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) is a technology that was developed to improve performance and increase the loading capacity of treatment plants. Ammonia and nitrite, even in lower concentrations, are harmful to fish, and should be one of the main parameters for sizing treatment systems in RAS The objective of this study was to evaluate the performance of moving bed bioreactors with biofilm at scale pilot in the treatment of water from an aquaculture recirculation system in the cultivation of tilapia (Oreochromis niloticus). The first article aimed to analyze the process and the maturation of moving bed biofilm reactors (MBBR) without bacterial inoculation, evaluating the biofilms and investigating their viable bacterial colonies for 122 days. Two bioreactors (MBBR1 and MBBR2) coupled in series received water from fish culture tanks that housed the species Oreochromis niloticus. The biomass for fish storage was increased and recorded at the beginning of each experimental phase, that is, phase 1 (duration: 28 days, biomass: 2.40 kg / m3), phase 2 (40 days, 4.95 kg / m3 ), phase 3 (25 days, 8.71 kg / m³) and phase 4 (25 days, 12.23 kg / m³). The successful maturation of the bioreactors occurred around 100 days after the experiment, when the nitration index increased to ~ 57% in MBBR1 and ~ 38% in MBBR2. We identified 105 species in the biofilms, which were grouped into 65 genera, 3 of which went beyond the addition: Pseudomonas (21.7%), Nitrospira (15.1%) and Gemmobacter (11.2%). Nitrospires were identified as the main bacterial genus responsible for the nitrification process (that is, responsible for 12.0%). The second article aimed to evaluate the impact of hydraulic retention time (TRH) and filling fraction (FE) on the performance of moving bed bioreactor (MBBR) for water treatment in a culture of Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Two TRH (High and Low) and three fractions of 60%, 45% and 15% FR support were evaluated. Six treatments in a 3x2 factorial scheme were used, where the parameters NH4 +, NO2-, NO3-, N-Total, P-total and% of live bacterial cells were evaluated. The removal rates in the ammonia bioreactor and nitrite were the most affected by TRH, the higher the TRH the more efficient the removal of these compounds was. The influence of factors on the amount of viable bacterial cell in the biofilm was observed, indicating that the bacterial cells have adaptive capacity to the operational conditions of MBBR. This is the first work that describes the effects on water quality varying FE and TRH in RAS.

Humic fractions of forest, pasture and maize crop soils resulting from microbial activity

Humic substances result from the degradation of biopolymers of organic residues in the soil due to microbial activity. The objective of this study was to evaluate the influence of three different ecosystems: forest, pasture and maize crop on the formation of soil humic substances relating to their biological and chemical attributes. Microbial biomass carbon (MBC), microbial respiratory activity, nitrification potential, total organic carbon, soluble carbon, humic and fulvic acid fractions and the rate and degree of humification were determined. Organic carbon and soluble carbon contents decreased in the order: forest > pasture > maize; humic and fulvic acids decreased in the order forest > pasture=maize. The MBC and respiratory activity were not influenced by the ecosystems; however, the nitrification potential was higher in the forest than in other soils. The rate and degree of humification were higher in maize soil indicating greater humification of organic matter in this system. All attributes studied decreased significantly with increasing soil depth, with the exception of the rate and degree of humification. Significant and positive correlations were found between humic and fulvic acids contents with MBC, microbial respiration and nitrification potential, suggesting the microbial influence on the differential formation of humic substances of the different ecosystems.

O USO DE UM ADITIVO COMERCIAL FLOCULANTE E O SEU EFEITO NA FORMAÇÃO DOS BIOFLOCOS NO CULTIVO DO CAMARÃO LITOPENAEUS VANNAMEI (BOONE, 1931) NO SISTEMA BFT (BIOFLOC TECHNOLOGY SYSTEM).

O sistema de tecnologia de bioflocos tem como base uma comunidade de microrganismos que atuam como alimento, probiótico e melhoram a qualidade da água de cultivo. A melhoria da qualidade da água se dá pela remoção dos compostos nitrogenados. Pode ser feita pelo fitoplâncton ou pelas bactérias. As bactérias atuam em duas vias: a primeira através das bactérias quimioheterotróficas que sintetizam biomassa bacteriana a partir da amônia e um segundo grupo, que metabolizam a amônia em compostos menos tóxicos, as bactérias nitrificantes. As bactérias em sua maioria vivem em formas de agregados em torno de uma superfície que pode ser orgânica ou inorgânica. Os argilominerais com sua propriedade de adsorção, sua elevada área superficial e propriedades floculantes podem ser uma alternativa para acelerar a formação desses bioflocos, e com isso também acelerar a formação de substrato que age como superfície de fixação de bactérias, aumentando a sua produção. O crescimento da produção bacteriana pode garantir uma manutenção qualidade da água nesse sistema. Com isso o objetivo deste trabalho foi avaliar a adição de argilomineral na formação dos bioflocos e sua influência na comunidade microbiana e na nitrificação no cultivo do camarão-branco-do-Pacífico L. vannamei em sistema de tecnologia de bioflocos. O estudo contou com três experimentos que avaliaram a concentração e frequência para aplicação do argilomineral. A densidade utilizada foi de 400 camarões/m³. No experimento 1 analisou-se a frequência e dosagem de aplicação sendo delineado com os seguintes tratamentos: Controle (sem adição do argilomineral), 2 mg/L, 5mg/L e 10mg/L de aplicação diária, 10mg/L, 30 mg/L e 50 mg/L de aplicação semanal. No segundo experimento avaliou-se maiores dosagens com aplicação diária delineado com os seguintes tratamentos: Controle (sem adição do argilomineral), 10mg/L, 50mg/L e 100 mg/L. No experimento 3 avaliou-se o efeito de uma única concentração com e sem a presença de um inóculo de bioflocos delineado com os seguintes tratamentos: Controle sem produto e sem inóculo, Controle sem produto e com inóculo, 50mg/L de argilomineral sem inóculo e 50mg/L de argilomineral com inóculo. Todos os tratamentos nos três experimentos contaram com três repetições cada. Os camarões foram alimentados com ração comercial com teor proteico de 38% duas vezes ao dia. No experimento 1 os parâmetros de qualidade da água e desempenho zootécnico não apresentaram diferenças significativas (p>0,05). No experimento 2 apresentaram diferenças significativas nos parâmetros de concentração de nitrito, sólidos suspensos totais, turbidez e desempenho zootécnico (p 0,05). Nesse experimento a abundância de microrganismos não apresentou diferenças significativas entre os tratamentos. No terceiro experimento ocorreram diferenças significativas (p 0,05) nos parâmetros de amônia e nitrito. A adição do argilomineral não influenciou a abundância na comunidade microbiana, no entanto a composição proximal do floco apresentou diferenças significativas (p 0,05), apresentando melhores resultados nos tratamentos controle com e sem inóculo de bioflocos. A adição do argilomineral influenciou a formação de bioflocos e sua composição proximal, porém não afetou a abundância de microrganismos e nitrificação. Por outo lado o desempenho zootécnico do L. vannamei não foi afetado pela adição do composto.

The biofloc technology system is based on a community of microorganisms that act as food, probiotic and improve the quality of cultivated water. Water quality is improved by the removal of nitrogen compounds. It can be made by phytoplankton or bacteria. Bacteria act in two ways: the first through chemoheterotrophic bacteria that synthesize bacterial biomass from ammonia and a second group that metabolize ammonia into less toxic compounds, nitrifying bacteria. Most bacteria live in aggregate forms around a surface that can be organic or inorganic. Clay minerals with their adsorption property, high surface area and flocculant properties may be an alternative to accelerate the formation of these bioflocs, thereby also accelerating the formation of substrate that acts as a bacterial fixation surface, increasing their production. The growth of bacterial production can guarantee the maintenance of water quality in this system. Thus, the objective of this work was to evaluate the addition of clay mineral in the formation of bioflocs and its influence on the microbial community and nitrification in the cultivation of the Pacific -White -Shrimp L. vannamei in a biofloc technology system. The study had three experiments that evaluated the concentration and frequency for application of the clay mineral. The density used was 400 shrimp / m³. In experiment 1 the frequency and dosage of application were analyzed and outlined with the following treatments: Control (without addition of clay minerals), 2 mg /L, 5 mg/L and 10 mg/L daily application, 10 mg/L, 30 mg/L and 50 mg /L weekly application. In the second experiment, higher dosages were evaluated with daily application outlined with the following treatments: Control (without addition of clay minerals), 10 mg/L, 50 mg/L and 100 mg/L. In experiment 3 the effect of a single concentration with and without the presence of a biofloc inoculum delineated with the following treatments was evaluated: Control without product and without inoculum, Control without product and with inoculum, 50mg / L clay mineral without inoculum and 50mg / L of clay mineral with inoculum. All treatments in the three experiments had three repetitions each. Shrimps were fed 38% protein diets twice daily. In experiment 1 the parameters of water quality and zootechnical performance showed no significant differences (p >0.05). Experiment 2 showed significant differences in nitrite concentration, total suspended solids, turbidity and zootechnical performance parameters (p 0.05). In this experiment the abundance of microorganisms did not present significant differences between treatments. In the third experiment there were significant differences (p 0.05) in the parameters of ammonia and nitrite. The addition of clay mineral did not influence the abundance in the microbial community, however the proximal flake composition showed significant differences (p 0.05), presenting better results in the control treatments with and without biofloc inoculum. The addition of clay mineral influenced the formation of bioflocs and their proximal composition, but did not affect the abundance of microorganisms and nitrification. On the other hand, L. vannamei zootechnical performance was not affected by the addition of the compound.

CULTIVO DO CAMARÃO BRANCO DO PACÍFICO Litopenaeus vannamei (BOONE, 1931) EM SISTEMA BFT COM DIFERENTES FOTOPERÍODOS: EFEITOS SOBRE A COMUNIDADE MICROBIANA, QUALIDADE DA ÁGUA E DESEMPENHO ZOOTÉCNICO

Em um sistema de bioflocos, existe mudanças nas comunidades microbianas durante um ciclo de criação de camarão. Geralmente, as bactérias heterotróficas são substituídas por uma comunidade fotoautotrófica ou quimiautotrófica. Quando a água é exposta a luz solar, pode mudar abruptamente de um sistema heterotrófico, para um sistema predominantemente fotoautotróficos. O objetivo deste estudo foi avaliar a comunidade microbiana na criação do camarão branco do Pacífico Litopenaeus vannamei com restrição luz. O estudo foi realizado em uma estufa retangular com 12 tanques (800 L) com densidade de estocagem de 500 camarões/m³e peso inicial de 0,053g. O experimento foi delineado com três tratamentos e quatro repetições distribuídos em: fotoperíodo natural 12horas claro/12 horas escuro (FPN); claro total, sendo 24 horas claro (24hCL) e escuro total com 24 horas escuro (24hES). Os camarões foram alimentados com ração comercial duas vezes ao dia na fase de berçário (40% PB) e engorda (38% PB). Foram encontradas diferenças significativas entre os parâmetros de qualidade da água em amônia, nitrito, CO2, luz (Ix) e clorofila (p0,05). Também foram encontradas diferenças no desempenho zootécnico como: peso final, biomassa final, crescimento semanal, crescimento após uma grama e sobrevivência (p0,05). Na Análise proximal do biofloco foi encontrada diferença significativa em proteína e lipídeos com melhores resultados nos tratamentos FPN e 24hCL (p0,05). Na abundância de bactérias como cocoides aderidas, filamentosas livre, filamentosa aderida, vibrio e bacilo houve diferença significativa com maior abundância nos tratamentos FPN e 24hCL (p0,05). Em protozoários na abundância de flagelados fotoautotróficos, flagelados heterotróficos, ciliados, também houve diferença significativa com maior concentração nos tratamentos FPN e 24hCL (p0,05). Os grupos de rotíferos, dinoflagelados e nematoides também houve diferença significativa (p0,05). A restrição de luz proporcionou uma melhor nitrificação evitando uma fotoinibição das bactérias nitrificantes. Por outro lado, a presença de luz no sistema de cultivo influenciou positivamente na abundância de microrganismos, refletindo em um melhor desempenho zootécnico de L. vannamei.

In Biofloc Technology (BFT) Systems, there are changes in microbial communities during a shrimp culture cycle; usually, heterotrophic bacteria are replaced by a photoautotrophic or chemoautotrophic community. When the water is exposed to sunlight, it can abruptly change from a heterotrophic system to a predominantly photoautotrophic system. The aim of this study was to evaluate the microbial community in a rearing of the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei with light restriction. The study was conducted in 12 tanks (800 L) with a storage density of 500 shrimp/m³ and an initial shrimp weight of 0.053 g. The experiment was designed with three treatments and four replicates distributed into the following groups: i) natural photoperiod - 12 h light/12 h dark (NP); ii) 24 h light (24hLI); and iii) 24 h dark (24hDA). Significant differences were found in water quality parameters (lower values of ammonia and nitrite in the 24hDA treatment), and higher values of CO2, light (Ix) and chlorophyll were observed for the NP and 24hLI treatments than for the 24hDA treatment (p<0.05). Zootechnical performance registered higher values in final weight, final biomass, weekly growth rate and survival in the NP and 24hLI treatments than in the 24hDA treatment (p<0.05). Proximal analysis of the biofloc showed higher concentrations of proteins and lipids in the NP and 24hLI treatments than in the 24hDA treatment (p<0.05), and there was a greater abundance of bacteria (attached coccoid, free filamentous, and attached filamentous bacteria, Vibrio and Bacillus) in NP and 24hLI than in 24hDA (p<0.05). There was a greater abundance of photoautotrophic flagellates, heterotrophic flagellates, ciliates. The groups dinoflagellates, rotifers and nematodes in NP and 24hLI than in 24hDA (p<0.05). The results show that light restriction favoured nitrification. However, light promoted an increased abundance of microorganisms, providing an additional food source and reflecting a lower rate of feed conversion, higher survival and better growth performance for L. vannamei.

EFEITO DA FERTILIZAÇÃO ORGÂNICA NA NITRIFICAÇÃO, PRODUÇÃO DE SÓLIDOS E USO DE ÁGUA EM SISTEMA BFT

O sistema de bioflocos caracteriza-se pela utilização de bactérias para a remoção de compostos nitrogenados da água: bactérias heterotróficas e quimioautotróficas. Dessa maneira, diferentes técnicas podem ser utilizadas para a formação e manutenção dos bioflocos. O primeiro experimento teve o objetivo de analisar técnicas de formação dos bioflocos e seus efeitos no uso de água, na produção de sólidos e no desempenho zootécnico do Litopenaeus vannamei. Três tratamentos foram testados: sem fertilização orgânica suplementar, fertilização de acordo com a leitura nominal de amônia (quimioautotrófico) e fertilização de acordo com a produção estimada de amônia (heterotrófico). Os parâmetros de qualidade de água foram afetados pelos tratamentos. Houve diferenças significativas nos parâmetros zootécnicos, com melhores valores encontrados no tratamento misto. O volume total de água utilizado apresentou valores mais baixos no tratamento misto, enquanto os sólidos removidos foram quase quatro vezes maiores no tratamento heterotrófico em comparação com os demais. Estes resultados mostraram a importância de adotar um sistema de bioflocos misto heterotrófico / quimioautotrófico para otimizar o uso da água e diminuir a produção de sólidos. Porém, sabe-se que a relação carbono/nitrogênio pode influenciar no estabelecimento do processo de nitrificação e influenciar na produção de sólidos. Um segundo experimento foi realizado com o objetivo de verificar o efeito da relação C/N na composição de bactérias heterotróficas e nitrificantes e no desempenho zootécnico L. vannamei. Quatro tratamentos (n = 3) foram testados usando as seguintes relações C/N: 7,5/1, 10/1, 12,5/1 e 15/1. Parâmetros de água foram monitorados. Amostras de água foram coletadas para detectar o crescimento populacional de bactérias pela técnica de hibridização fluorescente in situ (FISH). Apenas a amônia se diferenciou entre os tratamentos. A nitrificação foi afetada na maior relação, embora não houve diferenças na composição bacteriana. Os volumes totais de água utilizados e os sólidos removidos (estimados) apresentaram valores mais baixos nos tratamentos 10/1 e 12,5/1. Os resultados mostraram a importância de reduzir a quantidade de carbono para diminuir os sólidos suspensos totais no sistema BFT.

The Biofloc Techonology System is characterized by the use of bacteria to remove nitrogenous compounds from water: heterotrophic and quimioautotrophic bacteria. In this way, different techniques can be used to form and maintain the bioflocs, depending on which group of microorganisms the predominance is desired. The first experiment aimed to analyze the effect of bioflocs formation techniques on the zootechnical performance of Litopenaeus vannamei, water use and solids production. A trial was carried out using different floc formation techniques: without supplemental organic fertilization, fertilization according to the nominal ammonia level (chemoautotrophic) and fertilization according to the estimated ammonia production (heterotrophic). The water quality parameters were affected by the treatments. There were significant differences in the zootechnical parameters with better values found in the mixed treatment. The total volume of water used presented lower values in the mixed treatment, while the solids removed were almost four times higher in the heterotrophic treatment in comparison with the others. These results showed the importance of adopting a heterotrophic / chemoautotrophic mixed biofloc system to optimize water use and decrease solids production. However, it is known that Carbon/Nitrogen ratio can influence the establishment of the nitrification process and influence the production of solids in a mixed system. A second experiment was then carried out, adopting a mixed system testing different carbon / nitrogen ratios. The aim of the study was to verify the effect of the C/N ratio on composition of heterotrophic and nitrifying bacteria and on the zootechnical performance of L. vannamei. Four treatments (n = 3) were tested using the following C/N ratios: 7.5/1, 10/1, 12.5/1 and 15/1. Water parameters were monitored. Water samples were collected to detect the bacterial population growth by in situ fluorescence (FISH) technique. Only ammonia differed between treatments. Nitrification was affected in the highest ratio, although there were no differences in bacterial composition. The total volumes of water used and the solids removed (estimated) presented lower values in the treatments with intermediate fertilization. The results showed the importance of reducing the amount of carbon to decrease total suspended solids in the BFT system.

FERTILIZANTES E SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO: EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA NO CULTIVO DO MILHO

Algumas práticas de gestão tais como a substituição de fertilizantes sintéticos por orgânicos, uso de inibidores da nitrificação e técnicas de irrigação mais eficientes são sugestões como alternativas eficazes para mitigar as emissões de gases de efeito estufa. O estudo foi realizado na estação experimental "El Encin", Madrid, Espanha. Neste experimento, o objetivo foi avaliar o efeito de diferentes fertilizantes: urina de suínos (U); urina de suínos + inibidor da nitrificação 3,4-dimethylpyrazolephosphate- DMPP (U+I); composto da fase sólida de dejetos de suínos e aves (COM)) e ureia (M); em dois sistemas de diferentes de irrigação (aspersão e gotejamento) nas emissões de gases de efeito estufa (N2O, metano, CH4 e dióxido de carbono, CO2) em solo cultivado milho (Zea mays L.) e o efeito destes tratamentos sobre a produção agrícola. Os fluxos de N2O para a atmosfera, apesar de não apresentarem diferença significativa reduziram com a aplicação de urina + inibidor de nitrificação (DMPP) relação aos demais tratamentos (com fonte de N) sem a adição do inibidor da nitrificação. A irrigação por gotejamento contribuiu para diminuir as emissões acumuladas de N2O. A ureia proporcionou maior produção de biomassa do que todos os tratamentos orgânicos, embora o rendimento de grãos não foi significativamente diferente entre M e U+I. A irrigação por gotejamento não afetou a produção de grãos. O uso de fontes orgânicas de N e a irrigada por gotejamento é uma estratégia ambientalmente aconselhável, mas um equilíbrio ótimo entre a mitigação de perdas de GEE e adaptação de uma cultura do milho irrigado requer o uso de inibidores da nitrificação em fontes orgânicas líquidas. Os resultados deste estudo, apontaram que a adição do inibidor da nitrificação-DMPP à urina de suínos, sob irrigação por gotejamento, foi a melhor estratégia para diminuir as emissões N2O, aumentar a oxidação de CH4 e levando à produção de grãos semelhante aos resultados encontrados nas parcelas fertilizadas com ureia.

Some management practices such as the replacement of synthetic fertilizers by organic, use of nitrification inhibitors and more efficient irrigation techniques are suggested as effective alternatives to mitigate emissions of greenhouse gases. The study was carried out at El Encín field station in Madrid (latitude 40° 32N, longitude 3° 17W). In this experiment, we aimed to assess the effect of different organic amendments (pig urine (U); pig urine with the nitrification inhibitor 3,4-dimethylpyrazolephosphate (U+I); compost from the solid phase of pig slurry (COM)) and urea (U); and two different irrigation systems (the widespread sprinkler and the alternative drip irrigation systems) on greenhouse gas (N2O, methane, CH4, and carbon dioxide, CO2) emissions in a maize (Zea mays L.) crop. The effect of these treatments on crop yields was also evaluated. The N2O fluxes to the atmosphere, although not present significant difference reduced with the application of urine + nitrification inhibitor (DMPP) compared to other treatments (with N source) without the addition of nitrification inhibitor. Drip irrigation helped reduce the cumulative emissions of N2O. The urea provided higher biomass production than all organic treatments, although the grain yield was not significantly different between M and U + I. Drip irrigation did not affect grain production. The use of organic sources of N and drip irrigated is an environmentally wise strategy, but a great balance between mitigating losses GHG and adaptation of an irrigated corn requires the use of nitrification inhibitors in liquid organic sources. The results of this study indicated that the addition of nitrification inhibitor-DMPP urine of pigs, under drip irrigation was the best strategy to reduce N2O emissions, increase the oxidation of CH4 and leading to the production of similar grains to the results found in fertilized plots with urea.

Effect of pesticides on nitrification in aquatic sediment

The aim of this work was to study the effect of the herbicides glyphosate, nonanoic acid, and dichlorprop-P and the insecticides potassium oil, malation and Pyretrin and their combinations on nitrification. Nitrification was measured in slurries from the eutrophic and shallow Brabrand Lake (Aarhus, Denmark), by inhibiting oxidation of nitrite to nitrate with chloride. All herbicides and insecticides influenced nitrification. The No Observed Effect Concentration (NOEC) was assessed to be 30 µg.L-1 for glyphosate and nonanoic acid and 1 µg.L-1 for dichlorprop-P. The NOEC for malation and Pyretrin on nitrification was assessed to be 3 µg.L-1. No accumulation effect on nitrification of the insecticides malation and Pyretrin, or of the studied herbicides, was observed, indicating that their environmental impact is low at reduced concentrations, even in combination. The procedure used in this study can provide a useful tool for obtaining concentration limits for pesticides or other chemicals in a short period of time.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar o efeito dos herbicidas "Glyphosate", Ácido Nonânico e "Dichlorprop-P" e dos insecticidas "Potassium oil", "Malation" e "Pyretrin" e da combinação destes compostos sobre o processo de nitrificação. As taxas de nitrificação foram mensuradas em uma mistura de água e sedimento do lago Brabrand, um lago raso e eutrófico (Aarhus, Dinamarca), por meio da inibição da oxidação do nitrito a nitrato por cloreto. Foi observada uma influência negativa de todos os herbicidas e inseticidas sobre o processo de nitrificação. A Concentração Sem Efeito Observado (CSEO) foi de 30 µg.L-1 para Glyphosate e Ácido Nonânico e 1 µg.L-1 para Dichlorprop-P. A CSEO para Malation e Pyretrin foi 3 µg.L-1. Não foi observado um efeito conjunto dos inseticidas Malation e Pyrethin e de todos os três herbicidas estudados, indicando que o impacto ambiental é baixo quando reduzidas concentrações destas substâncias estão presentes ao mesmo tempo no ambiente. O procedimento utilizado nesta pesquisa pode ser uma ferramenta útil para obtenção de limites nas concentrações de pesticidas ou outros produtos químicos em um curto período de tempo.

Effect of pesticides on nitrification in aquatic sediment

The aim of this work was to study the effect of the herbicides glyphosate, nonanoic acid, and dichlorprop-P and the insecticides potassium oil, malation and Pyretrin and their combinations on nitrification. Nitrification was measured in slurries from the eutrophic and shallow Brabrand Lake (Aarhus, Denmark), by inhibiting oxidation of nitrite to nitrate with chloride. All herbicides and insecticides influenced nitrification. The No Observed Effect Concentration (NOEC) was assessed to be 30 µg.L-1 for glyphosate and nonanoic acid and 1 µg.L-1 for dichlorprop-P. The NOEC for malation and Pyretrin on nitrification was assessed to be 3 µg.L-1. No accumulation effect on nitrification of the insecticides malation and Pyretrin, or of the studied herbicides, was observed, indicating that their environmental impact is low at reduced concentrations, even in combination. The procedure used in this study can provide a useful tool for obtaining concentration limits for pesticides or other chemicals in a short period of time.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar o efeito dos herbicidas "Glyphosate", Ácido Nonânico e "Dichlorprop-P" e dos insecticidas "Potassium oil", "Malation" e "Pyretrin" e da combinação destes compostos sobre o processo de nitrificação. As taxas de nitrificação foram mensuradas em uma mistura de água e sedimento do lago Brabrand, um lago raso e eutrófico (Aarhus, Dinamarca), por meio da inibição da oxidação do nitrito a nitrato por cloreto. Foi observada uma influência negativa de todos os herbicidas e inseticidas sobre o processo de nitrificação. A Concentração Sem Efeito Observado (CSEO) foi de 30 µg.L-1 para Glyphosate e Ácido Nonânico e 1 µg.L-1 para Dichlorprop-P. A CSEO para Malation e Pyretrin foi 3 µg.L-1. Não foi observado um efeito conjunto dos inseticidas Malation e Pyrethin e de todos os três herbicidas estudados, indicando que o impacto ambiental é baixo quando reduzidas concentrações destas substâncias estão presentes ao mesmo tempo no ambiente. O procedimento utilizado nesta pesquisa pode ser uma ferramenta útil para obtenção de limites nas concentrações de pesticidas ou outros produtos químicos em um curto período de tempo.