Biofloc Systems for Sustainable Production of Economically Important Aquatic Species: a review


Keywords: biofloc technology; aquaculture; integrated multi-trophic aquaculture; sustainability 1. Introduction



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sustainability-13-07255

Keywords:

biofloc technology; aquaculture; integrated multi-trophic aquaculture; sustainability



1. Introduction

According to the Food and Agriculture Organization, aquaculture is one of the food

production sectors that offers a golden opportunity to alleviate hunger, malnutrition, and

poverty through income generation and better use of natural resources [

1

]. With the in-



creasing human population, projected to reach 9.6 billion by 2050 [

2

], the demand for food



is escalating amidst limited natural resources such as water and land required for the

continuous production of food. Nevertheless, aquaculture production is projected to rise

from 40 million tons by 2008 to 82 million tons in 2050 [

3

]. This is probably due to the



gradual adoption of semi-intensive and intensive aquacultural practices for the production

of economically important aquatic species. However, intensive aquacultural practices are

of great environmental concern due to the discharge of nutrient-rich wastewater into the

environment. With all these constraints in mind, the development of sustainable aquacul-

ture systems should focus more on system designs that permit not only the efficient use of

fewer resources such as water, energy, land, and capital but also minimizing environmental

pollution and maximizing production and profitability. This would, in the long run, lead to

the fulfillment of the Sustainable Development Goals (SDGs), notably SDG 1 (end poverty),

SDG 2 (zero hunger, achieve food security, improve nutrition, and promote sustainable

agriculture), SDG 8 (promoting inclusive and sustainable economic growth, decent work

Sustainability 2021, 13, 7255. https://doi.org/10.3390/su13137255

https://www.mdpi.com/journal/sustainability




Sustainability 2021, 13, 7255

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for all), and SDG 14 (conservation and sustainable use of water bodies for sustainable

development) [

1

].

Biofloc technology (BFT) is one of the most exciting food production alternatives



that has attracted the attention of the scientific community and producers for sustainable

aquaculture due to (i) zero water exchange, thus permitting efficient use of limited water

resources and preventing the discharge of nutrient-rich wastewater into the environment;

(ii) reduced artificial feed input (fishmeal), which reduces the costs of production while

permitting the inclusion of alternatively cheaper and highly nutritious protein sources,

and (iii) natural establishment of microbial biomass that not only purifies water but also

enhances the growth, growth performance, and immunity of aquatic species reared in the

system. The use of this system in farming practices for the production of crustaceans and

some finfish species has been extensively studied [

4



12

]. The aim of this review, therefore, is

to (i) give a brief overview of BFT systems, including operational parameters that affect their

efficiency; (ii) review studies that have been conducted on the application of BFT systems

for the sustainable production of economically important aquatic species; (iii) highlight

the economic aspects of BFT systems, as well as their drawbacks and limitations, and

recommend management aspects of BFT systems for sustainable aquaculture.

1.1. Biofloc Technology

According to the National Agricultural Library Glossary (United States Department

of Agriculture, North Bend, WA, USA), BFT is defined as ‘the use of aggregates of bacteria,

algae or protozoa, held together in a matrix along with particulate organic matter to

improve water quality, waste treatment and disease prevention in intensive aquaculture

systems’ [

2

]. In other words, BFT relies on the principle of nitrogenous waste recycling



by several microbial species (bioflocs) in the system while improving water quality and

the growth performance of the reared aquatic species. Heterotrophic bacteria within the

system take up ammonium as a nitrogen (N) source for their biomass, thus resulting in a

decrease in ammonium/ammonia in the water to non-toxic levels. This process is, however,

faster than the nitrification process carried out by autotrophic nitrifying bacteria due to the

faster growth rate of heterotrophic bacteria. Figure

1

shows a general overview of the BFT



system. Certain factors that affect floc formation (mixture of microorganisms) and water

quality in BFT systems are discussed below.



Sustainability 202113, x FOR PEER REVIEW 

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