Cultivos em Meios com Flocos microbianos: um novo caminho a ser percorrido

Por:
Wilson Wasielesky,
Maurício Emerenciano, 
Eduardo Ballester, 
Roberta Soares, 
Ronaldo Cavalli e
Paulo César Abreu
Fundação Universidade Federal do Rio Grande,
Programa de Pós-graduação em Aqüicultura,
[email protected]


Podemos considerar que o cultivo de camarões nas Américas pode ser dividido em três períodos, se levarmos em consideração as estratégias de cultivo utilizadas. O primeiro deles (anos 80/90) foi marcado pelas grandes áreas de cultivo em viveiros utilizando baixas densidades de estocagem. Neste período o país com maior produção foi o Equador, com produtividades médias em torno de 500 kg/ha/ano. O segundo período, nos anos noventa, caracterizou-se também pelos cultivos em viveiros utilizando, porém, mais tecnologia, como é o caso do Brasil, com produtividades acima de 6000 kg/ha/ano. Enquanto isso, nos Estados Unidos da América, Hopkins e colaboradores iniciaram pesquisas para o desenvolvimento de tecnologias ambientalmente amigáveis com objetivos de diminuir a emissão de efluentes com produtividades também acima de 5000 kg/ha/ano. Apesar dos esforços, o surgimento de doenças como a Síndrome de Taura, Mancha Branca, entre outras, prejudicou a atividade em diferentes países americanos. Em decorrência, nos últimos cinco anos, surgiu o terceiro momento dos cultivos de camarões, com o uso de novas tecnologias desenvolvidas, principalmente, nos Estados Unidos (Browdy et al. 2001) e em Belize (Burford et al., 2003), com objetivo de produzir camarões em sistemas fechados, com maior biossegurança e com diminuição da emissão de efluentes.

Os Flocos Microbianos

A intensificação da densidade de estocagem tornou-se requisito básico para a viabilidade econômica deste tipo de cultivo. Entretanto, o aumento das densidades de estocagem exigiu mudanças nas estratégias de manejo para a manutenção da qualidade da água dos cultivos. Com isso, iniciou-se a realização de pesquisas sobre os cultivos chamados “ZEAH” (Zero Exchange, Aerobic, Heterotrophic Culture Systems), ou seja, sistema de cultivo sem renovação de água através de uma biota predominantemente aeróbica e heterotrófica (organismos incapazes de sintetizar o seu próprio alimento e que necessitam de oxigênio para sobreviver).

A vantagem desse sistema é a diminuição do uso da água, diminuindo a emissão de efluentes e consequentemente reduzindo as possibilidades de impactos ambientais. Além disso, os sistemas “ZEAH” reduzem o risco de introdução e disseminação de doenças, além de complementar a dieta dos animais através da produtividade natural presente nos viveiros (McIntosh et al., 2000 e Moss et al., 2001).

Para estimular a formação do meio heterotrófico o ambiente de cultivo deve ser fertilizado com fontes ricas em carbono e fortemente oxigenado. Diferentes nomes têm sido atribuídos aos flocos microbianos tais como: agregados microbianos ou bacterianos, flocos bacterianos, “marine snow”, etc.. Independentemente do nome, eles são formados durante o ciclo de produção, sendo constituídos principalmente de bactérias, microalgas, fezes, exoesqueletos, restos de organismos mortos, cianobactérias, protozoários, pequenos metazoários e formas larvais de invertebrados, entre outros (Fotos abaixo).

Floco microbiano colonizado por protozoário ciliado/Fotos: Eduardo Ballester
Floco microbiano colonizado por protozoário ciliado/Fotos: Eduardo Ballester
Cianobactérias filamentosas auxiliando a formação do floco microbiano
Cianobactérias filamentosas auxiliando a formação do floco microbiano
Núcleos do floco formado pela aglomeração de cianobactérias filamentosas, bactérias e colonizado por protozoários
Núcleos do floco formado pela aglomeração de cianobactérias filamentosas, bactérias e colonizado por protozoários


Uma vez formados, eles servem de suplemento alimentar aos animais, além disso, os microorganismos presentes no floco são capazes de assimilar os compostos nitrogenados originados da excreção dos camarões e dos restos do alimento em decomposição.

A presença dos agregados no ambiente de cultivo proporciona a redução da utilização de proteína bruta nas rações, sendo esta suprida pela produção natural, acarretando em diminuição nos custos (Samocha et al..2004). Burford et al. (2004) reportaram que mais de 29% do alimento consumido por Litopenaeus vannamei podem ser provenientes do floco bacteriano presente no meio heterotrófico (meio onde predominam organismos heterotróficos, mantido principalmente através de um balanço de carbono/nitrogênio/fósforo), demonstrando assim a viabilidade do sistema, o mesmo demonstrado por Moss et al. (1992). McAbee et al. (2003) verificaram sobrevivências superiores a 90% em cultivo super-intensivo de L. vannamei em raceways, em densidades de estocagem acima de 300/m2. Segundo Browdy (2006, em preparação) cultivos pilotos com L. vannamei em sistemas de cultivo em estufas, em altas densidades de estocagem (até 700 camarões/m2), em meio heterotrófico, tem apresentado produtividades acima de 6 kg/m2, o que equivale a 60 ton/ha/safra.

Estufa para o cultivo superintensivo de camarões no Waddell Mariculture Center, Carolina do Sul, EUA (Foto: Wilson Wasielesky)
Estufa para o cultivo superintensivo de camarões no Waddell Mariculture Center, Carolina do Sul, EUA (Foto: Wilson Wasielesky)
Estufa para o cultivo superintensivo de camarões na Estação Marinha de Aquacultura (EMA) da FURG, Brasil (Foto: Dariano Krummenauer)
Estufa para o cultivo superintensivo de camarões na Estação Marinha de Aquacultura (EMA) da FURG, Brasil (Foto: Dariano Krummenauer)

Apesar dos bons resultados obtidos até o momento, a dinâmica e complexidade do sistema nos obriga a um manejo mais intensivo, sempre atentos nos parâmetros físico-químicos e biológicos da água, bem como na sanidade dos animais. Dentre as diversas vantagens e desvantagens do sistema podemos destacar:

Tabela 1 – Vantagens e desvantagens
Tabela 1 – Vantagens e desvantagens

Flocos como suplemento alimentar

A alimentação é um fator de extrema importância para um sistema de cultivo, pois influencia diretamente na sobrevivência e no crescimento dos organismos aquáticos, bem como na viabilidade econômica do cultivo, visto que pode representar até 60% do custeio da produção. Assim, o controle na qualidade e quantidade de alimentos fornecidos tornam-se elementos básicos para o sucesso na produção de organismos em cativeiro. O excesso de alimentos pode causar a degradação do meio de cultivo, devido ao aumento, principalmente, de compostos nitrogenados e fósforo. Assim sendo, um cultivo racional de camarões deve receber uma quantidade de alimentos balanceada, evitando descargas excessivas de compostos nitrogenados no ambiente natural.

Os resíduos da alimentação do camarão (alimento não consumido e excretas) serão a principal fonte de nitrogênio para a formação dos agregados, os quais irão ser convertidos em uma valiosa fonte de nutriente aos animais cultivados (Tabela 2). Além do nitrogênio, o carbono desempenha um papel importante no sistema de cultivo, pois a relação C/N é decisiva para determinar a comunidade microbiana que se estabelecerá no sistema.

Tabela 2 – Composição Bromatológica com base na matéria seca de agregados microbianos formados em diferentes experimentos/ PB - proteína bruta; Carb. - carboidratos; EE - extrato etéreo ou lipídios; FB - fibra bruta
Tabela 2 – Composição Bromatológica com base na matéria seca de agregados microbianos formados em diferentes experimentos /PB – proteína bruta; Carb. – carboidratos; EE – extrato etéreo ou lipídios; FB – fibra bruta
Relação C/N para a formação dos meio heterotróficos

Algumas pesquisas recentes demonstram que a relação C/N ideal para formação do floco microbiano deve estar na faixa entre 14 e 30:1. Isto é, para cada 14 a 30 partes de carbono, é necessário uma parte de nitrogênio, sendo expresso geralmente em peso. Isso se deve, principalmente, para estimular o crescimento de bactérias heterotróficas as quais são capazes de utilizar a matéria orgânica disponível (inclusive a dissolvida) e redirecionar esta matéria orgânica para a cadeia alimentar presente no ambiente de cultivo, fornecendo desta forma uma fonte adicional de alimento para os camarões.

Diversas fontes de C estão disponíveis no mercado, com destaque para o melaço de cana-de-açúcar (integral ou em pó) e os mais diversos farelos vegetais existentes. O melaço já vem sendo utilizado como promotor de crescimento bacteriano em viveiros de cultivo no Brasil e no mundo. No entanto, sua eficiência é ainda muito pouco conhecida.

Para estimar a relação C/N podemos utilizar métodos sofisticados e precisos (TOC, “NHC Analizer”, entre outros). No entanto o custo das análises é elevado, além de serem aparelhos caros e difíceis de serem encontrados. Assim, uma maneira para estimar a relação é através da composição bromatológica dos ingredientes ou fertilizantes utilizados, estimando seus valores em carbono e nitrogênio.

Qualidade da água

Como em todos os sistemas de cultivos, a qualidade de água é de vital importância para a manutenção e sucesso dos sistemas heterotróficos. Dentre os parâmetros físico-químicos relacionados à qualidade de água, a salinidade, o pH, a amônia, o nitrito, o fósforo e a alcalinidade necessitam de maior atenção.

Quanto maior for a salinidade, maior o poder tampão que ela exercerá, assim, facilitará a manutenção dos níveis desejáveis de pH no sistema. Porém devido à intensa respiração dos organismos (cultivados e fauna microbiana presente), há uma tendência natural do ambiente de cultivo apresentar pH muito próximo a 7 ou até mesmo inferior a este valor. No entanto, o pH deve ser monitorado periódicamente pois de acordo com Wasielesky et al (2006), níveis abaixo de 7,0 afetam o crescimento de L. vannamei em meio heterotrófico.

Em relação à amônia (principalmente a não ionizável), sua toxicidade está diretamente relacionada aos níveis de pH. Águas muito ácidas e com baixo teor de oxigênio dissolvido, diminuirão a capacidade das bactérias nitrificantes de converterem a amônia em nitrito e posteriormente a nitrato. O nitrito em água de salinidade elevada (20-35 ‰) parece não apresentar grandes problemas quanto a níveis letais, já em salinidade reduzida isso pode ser um sério problema.

Tão importantes como o carbono e nitrogênio, outros elementos são de fundamental importância para a “saúde” do sistema, exemplos disso são o fósforo e o cálcio. Lembrando que por ser um sistema onde as densidades de cultivo são altas, e as renovações de água baixa ou nula, o acúmulo de determinados compostos na água é inevitável. Assim, é preciso estar atento com todos os parâmetros para que o camarão não seja submetido a situações de estresse que podem diminuir as taxas de sobrevivência. No caso de um acúmulo de fósforo, haverá favorecimento de cianobactérias, que muitas vezes, dependendo da espécie e concentração, são maléficas aos organismos cultivados. Assim, um controle nos níveis de fósforo podem acarretar no sucesso ou não do sistema. Já a alcalinidade, além de importante na atividade de muda dos camarões fornecendo cálcio ao animal, ajuda a manter equilibrado o pH do meio.

Dimensionamento do sistema

Além dos parâmetros químicos e biológicos, os parâmetros físicos desempenham um importante papel no sistema. Um correto dimensionamento dos tanques de cultivo e um bom aporte de oxigênio no sistema, direção e intensidade de corrente são de fundamental importância na ressuspensão do material particulado e formação dos agregados. Estes devem estar sempre presentes na coluna d´água, caso contrário tenderão a acumular no fundo dos tanques ou viveiros, acarretando em zonas anaeróbias causando desconforto aos camarões cultivados, além de competir com outros organismos aeróbios. Assim, o uso de aeradores mecânicos, injetores de ar, air-lifts, entre outros, são importantes para o correto funcionamento do sistema. No caso de acúmulo de material no fundo (lodo “residual”) ou excesso de material suspenso, este deve ser retirado periodicamente e destinado a lugares próprios como tanques de sedimentação, ou serem filtrados com o retorno da água para o sistema.

Experiências da FURG

O início do desenvolvimento de cultivos em meio ao floco microbiano realizado pelos pesquisadores da Estação Marinha de Aquacultura (EMA) e do Laboratório de Ecologia do Fitoplâncton e Microorganismos Marinhos, ambos pertencentes a FURG – Fundação Universidade Federal do Rio Grande, se deu após a reunião de informações obtidas por pesquisadores de nossa Universidade que visitaram o CSIRO Marine Research (Austrália) e o Waddell Mariculture Center (USA), locais aonde os cultivos em meio heterotrófico já vêm sendo realizados há alguns anos. Além disso, a visita do Doutor Gerard Cuzon do IFREMER – França, ao nosso laboratório contribuiu bastante com o relato das experiências obtidas por sua equipe neste tipo de cultivo.

Após este primeiro momento de troca de informações, os pesquisadores da EMA desenvolveram um protocolo para obtenção do floco em um sistema fechado (sem renovação de água). Este protocolo estava baseado na utilização de uma fertilização orgânica que estimulasse o crescimento de bactérias heterotróficas, as quais formam a base do floco. O protocolo utilizado mostrou-se adequado e rapidamente foi constatada a presença de densos agregados no tanque de cultivo (denominado como tanque matriz) permitindo que fosse dado início aos primeiros experimentos.

Como mencionado anteriormente, o floco microbiano além de ser uma fonte adicional de alimento para os organismos cultivado, também tem a função de manter a qualidade da água do ambiente de cultivo. Por isso, durante todos os experimentos realizados foram monitoradas as concentrações de amônia, nitrito e fosfato, além do pH e da concentração de oxigênio dissolvido nas unidades de cultivo. A transparência da água foi medida diariamente com disco de Secchi, e sendo esse o parâmetro prático que possibilitou o monitoramento da densidade do floco de maneira rápida e possibilitou a correção nos níveis de fertilização empregados.

Nossa equipe realizou experimentos com três diferentes espécies de camarões peneídeos: Farfantepenaeus paulensis, Farfantepenaeus brasiliensis e Litopenaeus vannamei. Os experimentos realizados na EMA – FURG foram desenvolvidos em dois sistemas básicos: (a) a água rica em floco era bombeada do tanque matriz para unidades experimentais onde os camarões foram cultivados em diferentes tratamentos ou; (b) unidades experimentais (gaiolas) montadas diretamente no tanque matriz. Além dos tratamentos em meio ao floco os camarões foram cultivados também em um sistema convencional (água clara) para que os resultados fossem efetivamente comparados.
Alguns dos principais resultados obtidos nestes experimentos estão resumidos a seguir:

Foto: Wasielesky
Foto: Wasielesky
Experimento 1 – CULTIVO DO CAMARÃO-ROSA Farfantepenaeus paulensis
NA FASE DE PRÉ-BERÇÁRIO

Neste estudo, Emerenciano et al. (2006) cultivaram pós-larvas de F. paulensis (PL10) em meio heterotrófico ou em água clara durante 15 dias. Os resultados finais mostraram que as pós-larvas cultivadas em meio ao floco microbiano obtiveram peso final e sobrevivência significativamente maiores em relação àquelas cultivadas em água clara (Figuras 1 e 2).



Figuras 1 e 2 – Peso final, ganho de peso e sobrevivência de pós-larvas cultivadas na presença
dos flocos microbianos com e sem ração (FLOC + R e FLOC) ou em água

Experimento 2 – CULTIVO DO CAMARÃO ROSA Farfantepenaeus brasiliensis
EM MEIO HETEROTRÓFICO

Neste experimento, Emerenciano et al. (2006) trabalharam com pós-larvas de F. brasiliensis (PL25 – 0,025 ± 0,01g; 17,86 ± 1,6mm), cultivadas em alta densidade (500/m2) durante trinta dias. Os tratamentos utilizados foram cultivo em água clara e cultivo em meio ao floco microbiano e ambos os tratamentos foram realizados com e sem suplementação com ração artificial (42% PB). Ao final do experimento foi constatado que os camarões cultivados em meio ao floco atingiram peso final estatisticamente igual (p>0,05) independente do fornecimento ou não de ração demonstrando a eficiência do floco como fonte de alimento para os camarões nesta fase do cultivo (Figura 3).


Figura 3 – Peso Final e Ganho de peso de pós-larvas de Farfantepenaeus
brasiliensis cultivados na fase de berçário em diferentes tratamentos
(FLOC+R = presença do floco com fornecimento de ração; FLOC = cultivo
somente na presença do floco e AC +R = águas claras mais ração)

Experimento 3 – EFEITO DE RAÇÕES DE DIFERENTES NÍVEIS PROTEICOS NO CULTIVO DO CAMARÃO-ROSA Farfantepenaeus paulensis EM MEIO HETEROTRÓFICO

Estudos prévios haviam determinado que a quantidade ideal de proteína bruta a ser fornecida para juvenis de F. paulensis durante a fase inicial de engorda seria de 45% quando este camarão é cultivado em meio à água clara. Neste estudo Ballester et al, (2006) avaliaram uma possível redução no nível protéico durante o cultivo em meio ao floco microbiano. Os camarões foram alimentados com rações contendo 25, 30, 35, 40 e 45% de PB. Ao final de 45 dias de cultivo foi constatado que o peso final atingido pelos camarões não era significativamente diferente (p>0,05) quando estes eram alimentados com rações contendo 35, 40 ou 45% de PB.

Este resultado demonstrou que é possível uma redução de até 10% da proteína fornecida à F. paulensis quando este camarão é cultivado na presença de agregados microbianos (Figura 4).


Figura 4 – Peso médio (±dp) de juvenis de F. paulensis cultivados em
meio ao floco microbiano e alimentados com diferentes níveis de proteína bruta

Experimento 4 – Efeito da produtividade natural em um sistema de troca zero com floco microbiano para o cultivo superintensivo do camarão-branco Litopenaeus vannamei

Em experimento realizado no Waddell Mariculture Center – South Carolina – USA, Wasielesky et al. (2006), avaliaram o efeito da produtividade natural (meio heterotrófico) durante o cultivo de juvenis de L.vannamei confirmando os efeitos positivos do meio sobre o crescimento, consumo de ração, ganho de peso, conversão alimentar e sobrevivência. Em densidade de estocagem de 300/m2 as taxas de crescimento foram de 0,85 g/semana em água clara e de 1,25 g/semana em meio heterotrófico, ou seja, 47 % acima, devido a contribuição dos flocos microbianos

Conclusão

O papel de um técnico capacitado e instruído, além de um manejo intensivo baseado nos parâmetros de qualidade de água, é de fundamental importância para o sucesso do sistema. Conhecimentos de ecologia de microrganismos e microbiologia são fundamentais para compreender melhor o meio heterotrófico de cultivo. A troca de informações e os esforços em pesquisa são muito importantes para o aprimoramento do mesmo, que tende a revolucionar a maneira de cultivar organismos aquáticos ao redor do mundo. Portanto, apesar dos bons resultados obtidos até o momento, recomenda-se cautela na hora da decisão de utilizar este novo tipo de sistema de cultivo.

Recentemente, no congresso mundial de Aquacultura (Aqua2006/WAS) realizado em Florença na Itália, o Dr. Yoran Avinimelech, um dos maiores especialistas na questão dos cultivos em meios heterotróficos, declarou que muitos estudos foram realizados e conclusões alcançadas. Entretanto, o domínio deste mundo microbiano de cultivo ainda apresenta muitas lacunas, e portanto muitas pesquisas deverão ser realizadas para o efetivo sucesso da atividade de cultivo nos meios heterotróficos.


Os autores agradecem a empresa Sul Química Ltda, ao CNPq e a Capes pelo apoio às pesquisas realizadas até o momento.


Bibliografia

Ballester, E. C., Wasielesky, W., Abreu, P. C., Cavalli, R. O., Emerenciano, M. G. C., e Adornes, S. 2006. Efeito de diferentes níveis protéicos no cultivo do camarão-rosa Farfantepenaeus paulensis em meio heterotrófico. Aquaciência 2006. Anais do congresso.
Browdy, C.L., Bratvold, D., Stokes, A.D., and McIntosh, R.P. 2001. Perspectives on the application of closed shrimp culture systems. In: Browdy, C.L., Jory, D.E. (Eds.), The New Wave, Proceedings of the Special Session on Sustainable Shrimp Culture, Aquaculture 2001. The World Aquaculture Society, Baton Rouge, USA, pp 20-34.
Burford, M.A., Thompson, P.J., McIntosh, R.P., Bauman, R.H., and Pearson, D.C. 2003. Nutrient and microbial dynamics in high-intensity, zero-exchange shrimp ponds in Belize. Aquaculture 219: 393-411.
Burford, M.A., Thompson, P.J., McIntosh, R.P., Bauman, R.H., and Pearson, D.C. 2004. The contribution of flocculated material to shrimp (Litopenaeus vannamei) nutrition in a high-intensity, zero-exchange system. Aquaculture 232(1-4):525-537.
Emerenciano, M. G. C., Wasielesky, W. Soares, R. B., Ballester, E. C., Cavalli, R. O. e Izeppi, E. M. 2006.
Agregados microbianos: cultivo do camarão-rosa Farfantepenaeus paulensis na fase de pré-berçário. Aquaciência 2006. Anais do congresso.
Emerenciano, M. G. C., Wasielesky, W., Soares, R. B., Ballester, E. C. e Izeppi, E. M. 2006. Cultivo do camarão rosa Farfantepenaeus brasiliensis em meio heterotrófico. Aquaciência 2006. Anais do congresso.
Hopkins, J.S., P.A. Sandifer and C.L. Browdy, 1995. Effect of two feed protein levels and feed rate combinations on water quality and Production of intensive shrimp ponds operated without water exchange. Journal of the World Aquaculture Society, 26(1)93-97.
McAbee, B.J., C.L. Browdy, R.J. Rhodes and A.D. Stokes 2003. The use of greenhouse-enclosed raceway systems for the super-intensive production of pacific white shrimp Litopenaeus vannamei in the United States. Global Aquaculture Advocate. 6(4).
McIntosh, D., T.M. Samocha, E.R. Jones, A.L. Lawrence, D.a. McKee, S. Horowitz and A. Horowitz. (2000). The effect of a bacterial supplement on the high-density culturing of Litopenaeus vannamei with low-protein diet in outdoor tank system and no water exchange. Aquacultural Engineering 21(2000):215-227.
McIntosh, D., T.M. Samocha, E.R. Jones, A.L. Lawrence, S. Horowitz and A. Horowitz, 2001. Effects of two commercially available low-protein diets (21% and 31%) on water sediment quality, and on the production of Litopenaeus vannamei in an outdoor tank system with limited water discharge. Aquacultural Engineering, 25(2001):69-82.
Moss, S.M., Pruder, G.D., Leber, K.M., and Wyban, J.A., 1992. The relative enhancement of Penaeus vannamei growth by selected fractions of shrimp pond water. Aquaculture 101: 229-239.
Soares, R.; Jackson, C.; Coman, F.; Preston, N. 2004 Nutricional composition of flocculated material in experimental zero-exchange system for Penaeus monodon. In: AUSTRALASIAN AQUACULTURE, 2004, WAS, Sydney. p.89
Wasielesky, W., Atwood, H., Stokes, A. e Browdy, C.L. (2006). Effect of natural production in a zero exchange suspended microbial floc based super-intensive culture system for white shrimp Litopenaeus vannamei. Aquaculture 258 (396-408).