Evaluation of ascidians' potential in integrated multitrophic aquaculture systems and their distribution in the Ria de Aveiro

Abstract

of aquaculture production requires the use of more feed per area, increasing waste generation. Unavoidably, aquaculture productions will always generate waste inputs and they are often a nuisance to the environment with no economic value. The concern for aquaculture to be sustainable has made it a public interest. In an operational Integrated Multi- Trophic Aquaculture (IMTA) system, the recovery and recycling of uneaten feed and wastes are performed by extractive species belonging to different trophic levels. These systems enable the combination of different species, and they represent valuable market potential. The main objective of this thesis was to investigate the potential of ascidians as an extractive species in an IMTA framework. To achieve these goals, the present study was divided into three main tasks. The first step was focused on a systematic review to understand the ecological importance of ascidians as efficient filter-feeders, investigate their potential contribution as extractive species, set the benchmark for their nutritional value and potential added value to the aquaculture industry. Afterward, a field survey to monitor and explore the existing ascidian biofouling community present in the Ria de Aveiro was performed through a customized 3-D artificial substrate unit (ASU) using oyster shell waste as a nature-based substrate, an available coproduct of oyster farming from the study site. The final and third step examined the lipid profile of ascidians (Ascidiacea) and seaweed (Ulva spp. and Fucus sp.) present in the Ria de Aveiro under the influence of organic-rich effluent originated from fish farming activities, to identify and quantify the fatty acids present. The present study revealed that in recent years, ascidians have gained popularity concerning their role in the aquaculture industry. Overall, ascidians present a high ability to filtrate large quantities of water, enabling them to be excellent potential extractive species in an IMTA framework. Furthermore, ascidians have shown to be promising candidates as ingredients for aquafeed formulations, as they are rich in essential fatty acids, improving the quality of fish produced in aquaculture. The 295-day field research, conducted in the Ria de Aveiro, allowed the retrieval of 12 ascidian species. Two of which, Clavelina lepadiformis and Ascidiella aspersa were for the first time, collected and registered for mainland Portugal. Ascidian establishment showed to be influenced by hydrodynamics, seasonality, and by the availability of nutrient-rich locations. Additionally, ascidians showed a preference for locations with some degree of aquaculture activity. The ASU employed can be explored as an efficient support structure for short- or long-term monitoring of the ascidian community, as well as fouling communities. Investigation regarding the fatty acid profile revealed that ascidians and seaweeds under organic-rich effluents display significant differences in their lipid profile. Furthermore, when generated in such environment, they are valuable sources of fatty acids, promoters of human health. The scientific knowledge achieved contributes to an initial step toward incorporating ascidians in IMTA systems, providing marine biomass valorization and economic growth, using its by-products and simultaneously reducing the environmental impact caused by waste from aquaculture farms.

A intensificação da produção da aquacultura requer o uso de mais ração por área, aumentando assim a produção de efluentes. Inevitavelmente, a aquacultura irá gerar sempre estas descargas, as quais muitas vezes são um obstáculo para o meio ambiente e os quais representam um encargo económico para o produtor. A preocupação para que a aquacultura seja mais sustentável tem se tornado de interesse público. Num sistema operacional de Aquacultura Multi-trófica Integrada (IMTA), a recuperação e reciclagem de nutrientes não consumidos, excretados e não assimilados são realizados por espécies extrativas que pertencem a diferentes níveis tróficos. Este sistema possibilita a combinação de diferentes espécies que poderão representar um manancial de biomassa adicional com elevado valor de mercado. O principal objetivo deste estudo foi investigar o potencial de ascídias como espécies extrativas em sistemas de IMTA. Para atingir este objetivo, o presente estudo foi dividido em três tarefas principais. A primeira foi focada numa revisão bibliográfica sistemática de modo a compreender a importância ecológica das ascídias como filtradoras eficientes, investigar a sua contribuição como espécies extrativas, estabelecer um padrão do seu valor nutricional e determinar o seu potencial para a indústria da aquacultura. Posteriormente, foi realizado um estudo para monitorizar a comunidade bioincrustrante de ascídias existente na Ria de Aveiro através do uso de uma unidade personalizada 3D de substrato artificial (ASU), recorrendo a conchas de ostras como substrato natural, um co-produto resultante da atividade ostrícola no local de estudo. A última etapa foi a realização de uma avaliação do perfil lipídico das ascídias (Ascidiacea) e de algas marinhas (Ulva spp. e Fucus sp.) presentes na Ria de Aveiro, sob a influência de efluentes ricos em matéria orgânica provenientes da atividade de produção piscícola, com o objetivo de identificar e quantificar os ácidos gordos presentes. O presente estudo revelou que nos últimos anos, as ascídias ganharam popularidade no que diz respeito ao seu papel na indústria da aquacultura. De um modo geral, as ascídias apresentam uma alta capacidade de filtração, o que as torna excelentes espécies extrativas em sistemas de IMTA. Além disso, as ascídias têm demonstrado ser candidatas promissoras como ingredientes para a formulação de rações, visto serem ricas em ácidos gordos essenciais, melhorando assim a qualidade do peixe produzido em aquacultura. Os 295 dias da experiência de campo, que decorreram na Ria de Aveiro, permitiram a recolha de 12 espécies de ascídias. Duas destas espécies, Clavelina lepadiformis e Ascidiella aspersa foram recolhidas e registadas pela primeira vez para Portugal continental. O estabelecimento das ascídias em um determinado substrato é influenciado pela hidrodinâmica, sazonalidade e pela presença de locais ricos em nutrientes. Adicionalmente, as ascídias mostraram preferência por locais com algum grau de atividade aquícola. A ASU utilizada pode ser explorada como uma estrutura de apoio eficiente para a monitorização a curto ou longo prazo da comunidade de ascídias, bem como de comunidades incrustantes. Relativamente ao perfil de ácidos gordos, este revelou que as ascídias e algas marinhas que se encontram sob a influência de efluentes ricos em matéria orgânica apresentam diferenças significativas no seu perfil lipídico. Verificou-se ainda que estas quando geradas em ambientes de atividade piscícola são fontes valiosas de ácidos gordos, promotores da saúde humana. O conhecimento científico obtido contribuiu para um primeiro passo na validação do uso de ascídias em sistemas IMTA, evidenciando a valorização da sua biomassa e o contributo para o crescimento económico.