por Daniel Taylor e Jens Kjerulf Petersen, Centro Dinamarquês de Marisco, DTU Aqua, Dinamarca

Eutrofização e a luta para controlar a perda de nutrientes

A densidade da população humana e a utilização de terras para o cultivo de alimentos se intensificaram nas regiões costeiras no século passado. Essa intensificação afetou dramaticamente os processos biológicos e químicos nos ecossistemas costeiros por meio de um aumento no fluxo de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo, da terra e da atmosfera ao mar.

Essencialmente, quanto mais a terra é alimentada (fertilizada) e quanto mais nos alimentamos (comida mais combustíveis), quanto mais alimentamos as águas costeiras com nutrientes causados ​​pelo escoamento agrícola, águas residuais, e deposição atmosférica.

À medida que as águas costeiras se tornam excessivamente enriquecidas, mudanças no funcionamento biológico com conseqüências frequentemente de longo prazo. Um dos muitos sintomas é o aumento do crescimento e da concentração de fitoplâncton (plantas unicelulares).

As águas enriquecidas podem se tornar tão produtivas com o crescimento do fitoplâncton que a luz solar não atingirá profundidades suficientes para sustentar a vida das plantas aquáticas no fundo do mar e os habitats vegetais valiosos, como prados de ervas marinhas, são perdidos. Aumentos adicionais nas concentrações de fitoplâncton podem levar à depleção de oxigênio, quando as células do fitoplâncton mortas se decompõem no fundo do mar.

Nas últimas décadas, a melhoria da qualidade da água costeira tem sido um centro de desenvolvimento de políticas em muitas regiões do mundo. Houve conquistas impressionantes na implementação dessas políticas, notadamente na melhoria do tratamento de águas residuais.

No entanto, muitos corpos d'água costeiros, como aqueles no norte da Europa, incluindo o Báltico propriamente dito, ainda são considerados fortemente afetados pelo escoamento excessivo de nutrientes e provavelmente continuarão a sê-lo nos próximos anos.

As entradas de nitrogênio nas águas costeiras se originam de fontes pontuais (por exemplo, estações de tratamento de água, fazendas de peixes), fontes difusas / difusas (por exemplo, terras agrícolas, descarga de água subterrânea), ou atmosféricos (por exemplo, amônia volatilizada ou absorção de subprodutos da combustão).

Após modificações e melhorias nos programas de gestão da qualidade da água, fontes difusas de nutrientes são as mais significativas. Métodos de tratamento projetados para minimizar a introdução de nutrientes nas águas costeiras são abundantes em implementação.

Exemplos clássicos de tais métodos de tratamento incluem restrições no uso de fertilizantes, pântanos construídos, lagoas de sedimentação, zonas de amortecimento ribeirinhas vegetativas; e mais recentemente, sistemas de 'agricultura de precisão'.

Embora muito progresso tenha sido feito na redução do fluxo de nutrientes para as águas costeiras, a eficiência da implementação adicional diminui rapidamente e também é frequentemente mais cara de implementar.

Além disso, décadas de enriquecimento tem um legado de enriquecimento aprimorado de sedimentos do fundo do mar, que será uma fonte persistente de nutrientes por vários processos (denominado 'carregamento interno'), e só pode ser mitigado no ambiente aquático.

Mexilhões de mitigação

Um meio inovador de mitigar o enriquecimento de nutrientes nas águas costeiras é alavancar uma parte da biologia costeira - a filtragem da água de bivalves de moluscos. Mexilhões, ostras, amêijoas, e outros bivalves se alimentam filtrando as partículas da água; o fitoplâncton é a principal fonte de alimento para esses animais.

O cultivo ativo de bivalves e o foco na restauração do recife bivalve demonstraram o impacto da filtração que essas populações podem apresentar. As fazendas de mexilhões convencionais podem filtrar centenas de milhares de metros cúbicos por hora. O fitoplâncton e a matéria orgânica são assimilados no corpo do mexilhão ou imobilizados nos sedimentos, aprisionando uma porção significativa de nutrientes em águas enriquecidas.

Muito trabalho foi feito para analisar os 'serviços ecossistêmicos' fornecidos pelos bivalves nas últimas décadas por numerosos pesquisadores, principalmente nos EUA e no norte da Europa. Mais de uma década de conceituação e pesquisa no Danish Shellfish Center (DSC) - uma seção dentro da DTU Aqua, Universidade Técnica da Dinamarca - tem se concentrado em alavancar a filtração bivalve no cultivo ativo como um mecanismo intensivo para reduzir a magnitude das condições de eutrofia nas águas ocidentais do Báltico; denominado 'cultura de mexilhão de mitigação'.

Ao colher os mexilhões, os nutrientes que são consumidos primeiro pelo fitoplâncton e depois convertidos em biomassa de mexilhão, são removidos do ecossistema. Empregando técnicas de cultivo adaptadas da indústria de aquicultura de mexilhão convencional, altas densidades de mexilhões podem ser cultivadas em regiões-alvo, com potencial para remover várias toneladas métricas de nutrientes das águas costeiras por colheita (Petersen et al, 2019).

Este modo também serve como meio de utilizar um grande número de larvas de mexilhão, que são normalmente consumidos como zooplâncton ou não se estabelecem. Embora os mexilhões da aquicultura (que aparecem nos pratos) também prestem esse serviço, 'mexilhões de mitigação' são tipicamente colhidos com manipulação mínima e em um período de crescimento mais curto para reduzir custos e maximizar o potencial de extração de nutrientes - eles tendem a ser consideravelmente menores do que os mexilhões que são encontrados no mercado ou restaurantes.

Como medida de mitigação de nutrientes, o cultivo de mexilhões de mitigação foi adotado nos planos para esforços futuros para alcançar um bom estado ecológico nas águas costeiras dinamarquesas. Na Dinamarca, uma meta proposta é colher 100, 000 toneladas métricas de mexilhões de mitigação anualmente, o que resultará na remoção de 1-2, 000 toneladas de nitrogênio, correspondendo a 8-15 por cento [JKP1] da redução da demanda nacional na Dinamarca.

Refeições de mexilhão de mitigação:devolvendo nutrientes perdidos

Como os alimentos aquáticos e outras formas de aquicultura se encaixam nessa equação? O conceito de integração de organismos alimentadores de filtros, como mexilhões, na produção de espécies tróficas superiores foi popularizada por muitos, frequentemente denominado 'Aquicultura Multitrófica Integrada' ou mais precisamente apenas 'Aquicultura Multitrófica'.

Como fonte de nutrientes, Contudo, na maioria dos países, isso contribui com uma quantidade insignificante de nutrientes em relação ao carregamento costeiro terrestre maior.

Como os mexilhões de mitigação tendem a ser menores e menos uniformes em tamanho do que aqueles cultivados para consumo humano, a produção de farinhas de ração tem sido o meio mais atraente para utilização. A crescente demanda por fontes de proteína para rações com perfis de aminoácidos balanceados exigiu a expansão da geração e inclusão de alternativas de farinha de peixe.

Refeições produzidas a partir de mexilhões azuis geralmente têm perfis de aminoácidos semelhantes às refeições de peixe (Jönsson e Elwinger, 2009), com níveis de proteína bruta total de 65-71 por cento. As concentrações de aminoácidos que normalmente requerem suplementação em dietas de reposição, como metionina e taurina, são semelhantes aos perfis de farinha de peixe (Árnason et al, 2015).

Os tecidos de mexilhão contêm pigmentos e antioxidantes importantes, incluindo mtiloxantina, um pigmento exclusivo do marisco, que supera a astaxantina na eliminação de hidroxila (Maoka et al., 2016). Além disso, refeições completas de mexilhões exibem proporções atraentes de LC-PUFAs, como DHA, DPA, e EPA (Árnason et al, 2015).

Em dietas de manejo agrícola, altos níveis de inclusão demonstraram efeitos positivos em galinhas poedeiras (Afrose et al, 2016), e digestibilidade em alimentos para suínos (Nørgaard et al, 2015).

Um número limitado de estudos em espécies de peixes-nadador demonstrou alta digestibilidade em charr ártico (Salvelinus alpinus) e percas eurasiáticas (Perca fluvialtilis) (Langeland et al, 2016), bem como aumento da palatabilidade em dietas carnívoras com alta inclusão de plantas (Nagel et al, 2014). Interessantemente, a composição bioquímica do tecido do mexilhão pode ser influenciada pelas condições locais de crescimento, devido a diferentes constituintes da comunidade fitoplanctônica (Pleissner et al, 2012), bem como estado reprodutivo; já que as concentrações de glicogênio e pigmentos carotenóides aumentam imediatamente antes da desova.

Determinar padrões de composição diferenciais no futuro pode fornecer oportunidades para refeições específicas; Contudo, isso requer uma investigação mais aprofundada, desde que a produção em grande escala de refeições provavelmente misture o material de vários locais e horários.

Mexilhões, na cultura de mitigação, portanto, representam uma fonte atraente de proteína à medida que assimilam o fitoplâncton já superabundante no ambiente (entrada de ração gerenciada zero) enquanto fornecem feedbacks ecológicos positivos. Tais feedbacks (serviços ecossistêmicos) em outros mecanismos de mitigação são amplamente compensados ​​por apoio financeiro direto ou esquemas de compensação de custos. Em essência, reciclar os nutrientes 'perdidos' de volta ao sistema alimentar e melhorar o meio ambiente local ao longo do caminho.

No entanto, como qualquer boa história, existem desafios pela frente. A expansão da produção de mexilhões de mitigação requer a otimização da extração de nutrientes dentro de um espaço limitado que também minimiza o conflito com outros usos das águas costeiras e interesses adquiridos na paisagem marítima.

O ambiente natural também pode representar obstáculos à expansão:se as condições hidrodinâmicas são adequadas, o assentamento natural de mexilhões é suficiente, e a pressão do predador (ou seja, patos eider) são controláveis. Nos círculos de política, de local para regional, determinar como e onde gerenciar os nutrientes é colorido por uma grande variedade de perspectivas.

Como este mecanismo visa reduzir os nutrientes já existentes no ambiente marinho, A mitigação da cultura do mexilhão destina-se a complementar os programas de gestão de nutrientes existentes, e este conceito é um ponto de debate contínuo.

Por último, e que é essencial em termos de viabilidade econômica, o processamento de farinhas de mexilhão e a racionalização da produção exigirão mais inovações. Os desafios de processamento de transformar mexilhões de mitigação em uma refeição estão enraizados na separação de alto rendimento da casca do tecido antes da produção subsequente da refeição.

Os métodos convencionais de vaporização e separação vibratória são relativamente caros, enquanto métodos alternativos de 'espremer' ou outra forma de separação sem exclusão preliminar da casca geralmente resultam em farinhas com alto teor de cinzas das partes retidas da casca.

Pesquisa atual

Recentemente, dois projetos administrados pelo DSC foram financiados para avaliar técnicas de otimização para maximizar a extração de nutrientes em unidades de mitigação enquanto documentam seus impactos ecológicos.

O projeto BONUS OPTIMUS reuniu um consórcio de pesquisa de quatro países e nove parceiros para o desenvolvimento da cultura de mitigação no Báltico ocidental para a produção subsequente de farinhas de mexilhão como alternativa à farinha de peixe.

Os ensaios de alimentação realizados na OPTIMUS incluem a substituição nas dietas de salmonídeos. O projeto financiado nacionalmente, MuMiPro, reúne 15 parceiros que avaliam técnicas de cultivo ideais em águas eutróficas dinamarquesas para a produção em grande escala de farinha de mexilhão orgânica.

A ambição de ambos os projetos é demonstrar meios para produzir mexilhões de mitigação que maximizem sua pegada ecológica positiva a uma taxa economicamente viável. Isso inclui o desenvolvimento do processamento de farinhas de mexilhão para rações animais, e, finalmente, o mercado de alto crescimento de alimentos aquáticos.

O teste e a otimização de técnicas alternativas de processamento estão atualmente sob investigação no projeto MuMiPro. Encontrar a combinação de manter um bom perfil nutricional e minimizar os custos de processamento, como todos os outros ingredientes da ração aquática, é um processo em constante evolução.

Os objetivos combinados desses dois projetos são impulsionar o desenvolvimento da cultura de mexilhão de mitigação como uma ferramenta de mitigação de nutrientes e técnicas de processamento para uma refeição de alta qualidade.