WILLEM WILY DE PAULA BARBOSA
APROVEITAMENTO DO EFLUENTE DA PRODUÇÃO DE TILÁPIA DO NILO (Oreochromis niloticus) PARA PRODUÇÃO DE MANJERONA (Origanum
majorana) E MANJERICÃO (Ocimum basilicum) EM SISTEMAS DE AQUAPONIA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Planejamento e Gestão Ambiental da Universidade Católica de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Mestre em Planejamento e Gestão Ambiental.
Orientadora: Profª. Drª. Bárbara Medeiros Fonseca
7,5cm
Ficha elaborada pela Biblioteca Pós-Graduação da UCB
B238a Barbosa, Willem Wily de Paula.
Aproveitamento do efluente da produção de tilápia do nilo (oreochromis niloticus) para produção de manjerona (origanum majorana) e manjericão (ocimum basilicum) em sistemas de aquaponia. / Willem Wily de Paula
Barbosa – 2011.
55f. : il.; 30 cm
Dissertação (mestrado) – Universidade Católica de Brasília, 2011.
Orientação: Bárbara Medeiros Fonseca
UNIVERSIDADE CATÓLICA DE BRASÍLIA
Dissertação de autoria de Willem Wily de Paula Barbosa, intitulada “Aproveitamento do efluente da produção de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) para produção de manjerona (Origanum majorana) e manjericão (Ocimum basilicum) em sistemas de aquaponia”, apresentada como requisito parcial para obtenção de grau de Mestre em Planejamento e Gestão Ambiental da Universidade Católica de Brasília, em 15/12/2011, defendida e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada:
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Profª. Drª. Bárbara Medeiros Fonseca
Orientadora
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Prof. Dr. Fernando Luis do Rêgo Monteiro Starling
Examinador Interno
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Prof. Dr. Douglas José da Silva
Examinador Interno
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Prof. Dr. Perseu Fernando
Examinador Suplente
AGRADECIMENTOS
A Deus pela oportunidade de crescimento profissional,
A minha esposa Lyvia e minha filha Yasmin, pela paciência, compreensão e apoio nos momentos de dificuldade.
Aos meus pais Elidi (in memorian) e Francisco, os quais são base, amor e
combustível para qualquer investida acadêmica e profissional que tive até hoje. A minha família pela confiança e amor.
A minha orientadora, professora Bárbara Medeiros, a quem devo respeito e admiração e cujos ensinamentos foram muito proveitosos inclusive para a vida cotidiana.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoa de Nível Superior (Capes) pela concessão da bolsa de estudos.
À Doutora Adelaide Figueiredo pelo apoio irrestrito e oportunidade de desenvolvimento.
À Guilherme Crispim que gentilmente cedeu seu espaço para ser objeto de pesquisa cientifica, contribuindo assim para construção e formação de conhecimento acadêmico.
Ao laboratório de água da UCB, representada pelos técnicos e amigos Rodrigo Zooline e Diego pela ajuda na análise de dados e comentários construtivos.
Aos meus familiares, em especial minha Tia Eliza, pela amizade e ajuda em tantos momentos difíceis.
Aos amigos indispensáveis na fase de coleta de dados: Osmair, Thiago, Rafael Gilson e Leo.
"Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma."
RESUMO
BARBOSA, W. W. P. Aproveitamento do efluente da produção de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) para produção de manjerona (Origanum majorana) e manjericão (Ocimum basilicum) em sistemas de aquaponia. 2011. 55p. Planejamento e Gestão Ambiental – Universidade Católica de Brasília, Brasília, 2011.
A aquaponia é um método de produção de peixes em cativeiro integrado com a hidroponia (cultivo de vegetais em solução aquosa), de forma que haja benefícios para ambos. O presente projeto foi conduzido numa propriedade situada na Região Administrativa do Jardim Botânico/DF. Partindo-se da hipótese de que tal sistema é viável, o presente trabalho teve como objetivo geral analisar a viabilidade da integração entre a criação intensiva de tilápias do Nilo, manjericão e manjerona, em sistemas de aquaponia, sem o uso de fertilizantes, em sistema de recirculação da água com uso de biofiltro externo. Foi montado um sistema em réplica, dividido em três etapas: A - tanque de piscicultura; B - decantador e filtro biológico; e C - hidroponia. O monitoramento do experimento foi realizado semanalmente, durante sete semanas contínuas (04/08/2011 a 15/09/2011), no período matutino. Foram analisados 15 parâmetros relacionados à qualidade da água, a partir de amostras coletadas ao final de cada etapa. Para verificar se havia diferença significativa entre estas etapas, utilizou-se o teste estatístico de Kruskal-Wallis. Para avaliação do crescimento das mudas de manjericão e manjerona, utilizou-se em cada sistema uma amostragem sistemática de quinze indivíduos de cada espécie. Para avaliação do desenvolvimento dos peixes foi feita amostragem de 25 indivíduos em cada sistema e medidos peso, largura e comprimento. De modo geral, os parâmetros de qualidade da água monitorados estiveram de acordo com as recomendações da literatura. O teste de Kruskal-Wallis demonstrou que não houve diferença significativa entre as três etapas do sistema para a maior parte desses parâmetros, com exceção da temperatura da água e nitrogênio amoniacal. As concentrações deste íon foram menores na etapa C, sugerindo a ocorrência de nitrificação no sistema. Os indivíduos de manjericão cresceram de 10cm a 57cm, havendo uma perda média de 21,5%; o peso médio final por indivíduo foi de 19g. Já a manjerona apresentou crescimento que variou de 9cm a 34cm, havendo uma perda média de 17,86%; o peso médio final por indivíduo foi de 6,5g. Os peixes possuíam peso inicial médio de 0,45g, largura inicial média de 1cm e comprimento inicial médio de 2,6cm, alcançando ao final do experimento peso médio de 3,75g, largura média de 2,4cm e comprimento médio de 6,9cm. Concluiu-se que o sistema monitorado mostrou-se viável, atendendo os padrões desejáveis de qualidade da água e de rendimento comercial das plantas cultivadas.
ABSTRACT
BARBOSA, W. W. P. Use of effluent from the production of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) for cultures of marjoram (Origanum majorana) and basil (Ocimum basilicum) in aquaponic systems. 2011. 55p. Planejamento e Gestão Ambiental – Universidade Católica de Brasília, Brasília, 2011.
With the aquaculture development in Brazil and the concerns about its effects on environment, techniques which enable biomass recycling in order to improve water quality have been stimulated. Among aquaculture methods, aquapony stands out. It consists in raising fishes in captivity integrated with hydropony (vegetable culture in aqueous solution), bringing benefits for both fishes and plants. Present study was conducted in a property located in the Administrative Region of Jardim Botânico, Federal District, and it aimed at analyzing the viability of an aquapony system. A replicated system was developed, divided in to three steps: A – fish pond; B – decanter and biological filter; and C, hydropony. The monitoring was done weekly (from August 4th to September 15th, 2011), over seven weeks. Fifteen water quality parameters were analyzed from samples collected after each step. Kruskal-Wallis statistical test was applied in order to verifying the existence of significant differences among steps. The evaluation of plant growing (height) was done by systematic sampling of fifteen individuals of each species. The evaluation of fish development was done by measuring weight, width and height of 25 individuals. In general, water quality parameters were according to literature recommendations. Kruskal-Wallis test showed no differences among steps for most parameters, except water temperature and ammonium. The concentrations of this ion were smaller in the step C, suggesting the occurrence of nitrification. Basil individuals grew from 10cm to 57cm, there being an average loss of 21.5%; final individual mean value was 19g. Marjoram individuals grew from 9cm to 34cm, there being and average loss of 17.9%; final individual mean value was 6.5g. Fishes initially weighted 0.45g, with 1cm in width and 2.6 in length; after seven weeks, they reached 3.75g, 2.4cm in width and 6.9cm in length. It was concluded that the monitored system was viable, being according to water quality standards and desirable commercial performance for the plant species cultivated.
Keywords: Aquiculture. Hydropony. Water quality.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Mapa de localização referente ao projeto de aquaponia monitorado no
presente estudo...30
Figura 2 - Croqui esquemático simulando vista em perspectiva, composto por tanque de
piscicultura, decantador, filtro biológico e bancadas hidropônicas...31
Figura 3 - Croqui esquemático do sistema aquapônico em duas dimensões, composto
por tanque de piscicultura (Etapa A), decantador e filtro biológico (Etapa B) e bancadas
hidropônicas (EtapaC)...31
Figura 4 – Visão geral do sistema avaliado, montado em réplica, na fase inicial do
experimento...33
Figura 5 – Equipamentos utilizados em campo para análise de temperatura da água,
oxigênio dissolvido, pH, condutividade elétrica e sólidos dissolvidos totais
...34
Figura 6 – Pesagem dos peixes e plantas em balança de dois dígitos...36
Figura 7 – Variação média nos sistema 1 e 2, das variáveis de qualidade da água, ao
longo do período experimental...40
Figura 8 – Variação media nos sistemas 1 e 2, dos nutrientes da água, ao longo do
período experimental...41
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Parâmetros de qualidade de água em águas doces onde ocorrer pesca ou cultivo de organismos, para fins de consumo intensivo, baseados nas recomendações de Kubitza (1999), Sipaúba-Tavares (1994) e do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 357/2005 de acordo com a classe 2 que classifica águas destinadas à criação natural e/ou intensiva (aqüicultura) de organismos aquáticos ao consumo humano...27
Tabela 2 – Parâmetros de qualidade de água monitorados no sistema de aquaponia, seu respectivo método de mensuração...35
Tabela 3 – Valores médios, desvios padrão e mínimo e máximo das variáveis químicas e físicas da água em suas três etapas...39
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 12
2. REVISÃO DE LITERATURA ... 15
2.1 Aquicultura no Brasil ... 15
2.2 Sistemas de produção em piscicultura ... 17
2.3 Aquaponia ... 19
2.4 Filtros biológicos e ciclo do nitrogênio ... 21
2.5 Hidroponia ... 23
2.6 Qualidade da água em reservatórios de piscicultura ... 25
2.7 Sistemas produtivos de tilápia ... 28
3. MATERIAL E MÉTODOS ... 30
3.1 Caracterização do sistema ... 30
3.2 Monitoramento da qualidade da água ... 33
3.3 Avaliação do crescimento das mudas de manjericão e manjerona / Biometria dos peixes ... 36
4 RESULTADOS ... 37
4.1 Monitoramento da qualidade da água ... 37
4.2 Desenvolvimento do manjericão, da manjerona e dos peixes ... 42
5 DISCUSSÃO ... 44
5.1 Monitoramento da qualidade da água ... 44
5.2 Desenvolvimento do manjericão, da manjerona e dos peixes ... 48
6 CONCLUSÃO ... 49
1. INTRODUÇÃO
A aqüicultura abrange uma ampla variedade de técnicas de produção de organismos aquáticos, criados sob diferentes condições e localidades geográficas. O grau e a intensidade com que as técnicas de cultivo podem perturbar o ambiente são diretamente proporcionais à extensão da exploração dos recursos. Suas conseqüências dependerão da localização, tipo de cultivo e técnica empregada.
Alguns autores têm salientado que a aqüicultura pode contribuir para a degradação da qualidade da água dos corpos receptores (MACINTHOSH; PHILLIPS, 1992; VENÂNCIO; QUEIROZ, 1998; CHOPIN; SAWHNEY, 2009; PHILLIPS, 2009), pois a principal causa do enriquecimento da água proveniente de viveiros de aquicultura são as substâncias dissolvidas, ou em suspensão, contidas nos efluentes. Estas substâncias são provenientes das excretas e sobras de rações, que são convertidas em materiais orgânicos suspensos, dióxido de carbono, nitrogênio amoniacal, fosfatos e outros compostos (VENÂNCIO; QUEIROZ, 1998; MONTOYA et al., 2000). Porém nem todas as técnicas de cultivo têm conseqüências ambientais negativas, uma vez que muitas delas são altamente benéficas quando seu manejo é eficaz e sócio-econômicamente sustentável (SIPAÚBA-TAVARES, 2004).
Com o desenvolvimento da aqüicultura nacional e a preocupação de seus efeitos no ambiente, estão sendo estimuladas técnicas utilizando sistemas alternativos com possibilidade da reciclagem de biomassa para melhoramento da qualidade da água. Entre as modalidades de aqüicultura, destaca-se a aquaponia, que é um método de produção de peixes em cativeiro integrado com a hidroponia (cultivo de vegetais em solução aquosa), de forma que haja benefícios para ambos (RAKOCY et al., 2004). Esta integração permite que as plantas utilizem os nutrientes provenientes da água do cultivo de peixes, servindo como filtro (QUILLÉRÉ et al., 1995).
Entre as vantagens da aquaponia, incluem-se o prolongado reuso da água e a integração dos sistemas de produção de organismos aquáticos e plantas, que permitem uma diminuição dos custos (ALDER et al., 2000) e melhoram a rentabilidade dos sistemas de aqüicultura.
Estudos desenvolvidos nos Estados Unidos (RAKOCY et al., 1993) e na Europa (QUILLERÉ et al., 1995) demonstraram que pisciculturas intensivas em pequenos tanques, associadas ao cultivo de vegetais em hidroponia, permitem a utilização, pelas plantas, dos resíduos contidos no efluente, sendo uma forma de melhorar a qualidade da água. Segundo Lewis et al. (1978), trabalhos avaliando a associação de um cultivo hidropônico para remover os nutrientes da água residual de um sistema de piscicultura intensiva promoveram melhoria na qualidade da água antes de seu retorno aos tanques de criação de peixes, relatada pela redução do nível de amônia, nitrato e fosfato dissolvido no efluente. Nos Estados Unidos, Austrália e em alguns países Asiáticos já se pratica essa modalidade de produção há mais de 30 anos (SIPAÚBA-TAVARES, 2004).
No Brasil, o interesse de produtores rurais pelo cultivo de peixes em sistemas fechados é ainda muito recente. Sistemas pioneiros visando a recria e engorda de tilápias foram implementados no final da década de 1990 (KUBITZA, 2006).
Contudo, projetos relativos ao cultivo de peixes vêm ganhando cada vez mais força no País, pois tratam-se de uma alternativa de baixo custo e de complementação de renda para propriedades rurais e pequenas comunidades (ANDRADE et al., 2005; ARAUJO; SÁ, 2008). Atualmente, a tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) é uma das espécies exóticas mais comuns em reservatórios brasileiros. Estes peixes possuem elevada capacidade de reprodução e chegam a atingir a maturidade sexual entre o terceiro e o quarto mês após a estocagem de alevinos (ANDRADE et al., 2005; ARAUJO; SÁ, 2008).
A produção hidropônica de hortaliças no Brasil vem ganhando cada vez mais espaço devido à melhor ocupação da área, precocidade na colheita, utilização mais eficiente de nutrientes e melhor qualidade do produto, possibilitando ainda o controle de fatores ambientais que tornam limitantes seu cultivo em determinadas épocas do ano (SANTOS et al., 2008).
No Brasil, grande parte da produção comercial de manjericão (Ocimum
basilicum) e manjerona (Origanum majorana) ocorre em pequenas propriedades. A
crescente sua utilização como ingredientes em molhos e para a obtenção de óleo essencial, importante na indústria de perfumaria e na aromatização de alimentos e bebidas (MAROTTI et al., 1996). O óleo essencial de manjericão e manjerona também apresenta propriedades aromáticas, inseticidas e repelentes (UMERIE et al., 1998).
O sistema avaliado vem sendo desenvolvido no Distrito Federal, associando o cultivo de peixes à produção de manjericão e manjerona para fins comerciais. Partindo-se da hipótePartindo-se de que tal sistema é viável, o prePartindo-sente trabalho teve como objetivo geral analisar a viabilidade da integração entre a criação intensiva de tilápias do Nilo, manjericão e manjerona, em sistemas de aquaponia, sem o uso de fertilizantes, em sistema de recirculação da água com uso de biofiltro externo. Como objetivos específicos, pretende-se a) monitorar e avaliar as características físico-químicas da água residual da criação intensiva de peixes no decorrer do sistema; b) monitorar o desenvolvimento das plantas e dos peixes.
2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1Aquicultura no Brasil
Pode-se definir aquicultura como processo produtivo, em regime de servidão (cativeiro), de organismos de costume dominantemente aquático, em todo nível de desenvolvimento, ou seja: ovos, larvas, pós-larvas, juvenis ou adultos. De acordo com Valenti et al. (2000), a aquicultura contemporânea fundamenta-se em três pilares essenciais: a produtividade com lucratividade, a preservação do meio-ambiente e o desenvolvimento social.
A aqüicultura no Brasil tem sido desenvolvida muito modestamente, se comparada com outras partes do mundo, onde ocupa um lugar de destaque como produtora de produtos de exportação por excelência. Isto se dá, principalmente, devido à falta de uma política setorial que priorize linhas de apoio governamental à produção e, da necessidade de uma definição das alternativas de maior impacto sócio-econômico com vistas ao aproveitamento das potencialidades naturais de cada região. O Brasil ocupa a vigésima posição mundial entre os produtores de pescado cultivado (FAO, 2003).
Os grandes problemas da aqüicultura brasileira são a falta de organização do sistema de transferência de tecnologia, a carência de pesquisa aplicada, do ordenamento e desenvolvimento, bem como a distribuição dos produtos pesqueiros. A médio prazo, a aqüicultura será o setor do país que mais oferecerá possibilidade de aumento da produção de pescado, sendo necessário um estudo que possibilite a formulação de um programa de desenvolvimento da aqüicultura, levando-se em conta as diferentes regiões brasileiras (CASTAGNOLLI, 1995).
O estímulo ao fomento da aqüicultura nacional deve levar em consideração os aspectos sócio-culturais, econômicos, tecnológicos e ambientais, bem como a redução dos períodos de produção. A produção pesqueira no Brasil tem sido caracterizada pela sazonalidade na produção, o que provoca ociosidade industrial e conseqüente aumento dos custos operacionais das indústrias, tornando o preço mais caro ao consumidor. Portanto as características do mercado interno/externo evidenciam condições amplamente favoráveis para a industrialização de pescados (FAO, 2003).
produção uma resposta do Estado às décadas de abandono das políticas públicas na área da aqüicultura e pesca. Ainda com a criação de órgãos setoriais específicos, os grandes problemas da aqüicultura brasileira são a ausência de organização do sistema de transferência de tecnologia, a carência de pesquisa aplicada, do ordenamento e desenvolvimento, bem como a distribuição dos produtos pesqueiros (CASTAGNOLLI, 1995). A aquicultura é um dos setores que mais cresce no Brasil na produção de alimentos, o que torna muito importante a formulação de programas de Estado para o seu desenvolvimento, levando-se em conta as diferentes regiões brasileiras.
O estímulo ao fomento da aqüicultura nacional deve levar em consideração os aspectos sócio-culturais, econômicos, tecnológicos e ambientais, bem como a redução dos períodos de produção. A produção pesqueira no Brasil tem sido caracterizada pela sazonalidade na produção, o que provoca ociosidade industrial e conseqüente aumento dos custos operacionais das indústrias, tornando o preço mais caro ao consumidor. Portanto, as características do mercado interno/externo evidenciam condições amplamente favoráveis para a industrialização de pescados (CAMARGO; POUEY 2005).
O consumo per capita de pescado no Brasil tem sido tradicionalmente baixo, porém crescente. Dados da FAO apontam para um consumo per capita de pouco mais de 6kg/hab/ano (FAO, 2003). Porém dados do Ministério da Pesca e Aqüicultura apontam para um consumo de 9,3kg/hab/ano, ainda aquém da recomendação de Organização Mundial de Saúde de 12kg/hab/ano e muito aquém das médias da região da Amazônia, 54kg/hab/ano (apud EMBRAPA, 2004), e à média do maior consumidor do produto, a China, com 80kg/hab/ano (FAO, 1997).
necessidade de se produzir com qualidade, têm levado a um aumento no cultivo de organismos aquáticos (CAMARGO; POUEY, 2005).
Em relação ao comércio internacional de produtos pesqueiros, o Brasil exporta para cerca de 50 países. Destes, os Estados Unidos, a Argentina, a União Européia e Japão concentram quase a totalidade das exportações brasileiras de produtos pesqueiros. O Brasil é um exportador de crustáceos (camarão e lagosta), atuns, piramutaba, tilápias e pargos e importador de peixes e preparações em conserva. Quanto às importações, constata-se que o Brasil compra de aproximadamente 30 países, sendo que as compras têm como produtos principais o bacalhau, salmão e a sardinha (CASTAGNOLLI, 1995).
Portanto, é necessário definir ações que visem aperfeiçoar o manejo e reduzir a influência do uso de diferentes fontes alimentares sobre a qualidade da água, e também aumentar a eficiência produtiva da atividade piscícola, sem que haja prejuízo ao meio ambiente. Uma postura de caráter ético surge na aqüicultura quando se respeita o limite de capacidade de carga dos ecossistemas aquáticos, bem como a capacidade de reciclagem dos mesmos (QUESADA et al., 1998).
2.2Sistemas de produção em piscicultura
Segundo Kubitza (2000) os sistemas de produção de peixes são classificados de acordo com suas peculiaridades, conforme detalhamento a seguir.
No sistema de viveiros adubados, ocorre o aproveitamento de alimento natural (plâncton e outros organismos) disponível nesses ambientes de cultivo. Os reservatórios de produção são adubados com fertilizantes inorgânicos, estercos animais e subprodutos vegetais. A calagem é uma prática bastante utilizada para corrigir a acidez, a alcalinidade e a dureza da água (sistema tampão). A troca excessiva de água prejudica a formação do plâncton e a renovação de água nos viveiros é regulada para compensar as perdas por infiltração e evaporação.
A produção em viveiros com baixa renovação de água e ração completa ocorre com o uso de rações nutricionalmente completas. Essas rações contêm todos os nutrientes necessários para o adequado crescimento, reprodução e saúde dos peixes, diminuindo a dependência em relação ao alimento natural.
Viveiros com baixa renovação de água, ração completa e aerados, são viveiros com pouca vazão de água e uso de ração completa, geralmente estocados com baixas densidades de peixes por metro cúbico. A aeração é feita somente em casos de emergência (acionamento dos aeradores quando necessário), manobra que permite aumentar o arraçoamento diário. Contudo, níveis de arraçoamento acima de 120kg/ha podem aumentar consideravelmente a concentração de amônia na água.
Em viveiros com renovação de água e aeração, a renovação de água diminui a carga orgânica e a concentração de amônia na água, o que permite aumentar o arraçoamento. Muitos sistemas com renovação parcial de água usam aeração suplementar (aeração todas as noites), ou até mesmo contínua.
2.3Aquaponia
Aquaponia é a combinação da criação de peixes (piscicultura) aliada a hidroponia. Neste sistema, peixes e plantas crescem de forma integrada, o que forma um ecossistema sustentável onde ambos (peixes e plantas) convivem de forma harmônica.
Em termos gerais, um sistema aquapônico geralmente compreende o viveiro de peixes, filtro biológico, calhas ou tubos semelhantes aos de hidroponia e eletrobomba para promover a recirculação e oxigenação. O meio suporte das plantas funciona como filtro biológico transformando a matéria orgânica em sais que são absorvidos pelos vegetais e a água retorna ao viveiro de peixes com qualidade para a sua recirculação (FARINA et al., 2011).
Os viveiros para engorda de peixes podem ser escavados, construídos sobre o solo com estrutura de metal, em alvenaria ou podem ser reservatórios de água em polietileno. Já o filtro biológico deve possuir meio suporte para que os microorganismos decompositores se fixem e degradem a matéria orgânica proveniente da água de criação de peixes. O sistema necessita de movimento e para isso utilizam-se bombas de fluxo que propiciam alta vazão de água, com baixo consumo de energia elétrica (FARINA et al., 2011). A movimentação da água ainda contribui para sua oxigenação, o que favorece a atividade de bactérias aeróbicas responsáveis por grande parte das transformações químicas necessárias para o funcionamento do sistema.
Associado à idéia de aproveitamento de nutrientes, destaca-se que o uso de fertilizantes industriais na agricultura está diretamente ligado à queima de combustíveis fósseis para sua produção e, conseqüentemente, ao aquecimento global, uma das maiores preocupações do mundo atual. Um dos grandes diferenciais da técnica da aquaponia está exatamente na utilização dos nutrientes gerados pelos peixes para alimentar as plantas, o que contribui de forma altamente significativa para se produzir alimentos saudáveis, com economia de espaço e com menor impacto ao meio ambiente (FARINA et al., 2011) .
compostos inorgânicos reduzidos, como por exemplo o íon amônio, como doadores de hidrogênio, sendo que, por meio de sua oxidação, os microrganismos obtêm os equivalentes de redução para o processo de síntese. Da transformação de íon amônio para nitrato, denominada nitrificação, participam dois gêneros de bactérias:
Nitrossomonas, que oxida amônio a nitrito pela reação NH4+ + 1½ O2 = NO2- + H2O; e
Nitrobacter, que oxida nitrito a nitrato pela reação NO2- + ½ O2 = NO3- (ESTEVES,
1998).
Os nutrientes gerados a partir de resíduos de peixes, algas, e decomposição do alimento do peixe são potenciais contaminantes que podem criar níveis tóxicos para os mesmos. Mas, de outra forma, servem como adubo líquido para plantas cultivadas
hidroponicamente. A amônia é um subproduto metabólico normal; contudo, a partir de
determinada concentração, se torna tóxica, e por isso deve ser removida para manter os peixes saudáveis. As camas hidropônicas funcionam como um biofiltro, retirando amônia, nitratos, nitritos e fósforo da água. Dessa forma, a água limpa reciclada pode então retornar para o tanque de peixe. As bactérias nitrificantes que vivem no meio suporte e em associação com as raízes de plantas desempenham papel crucial na ciclagem de nutrientes; sem esses microrganismos em todo o sistema, ele deixaria de funcionar (DIVER, 2006).
Pesquisas bastante avançadas nas Ilhas Virgens, EUA, produziram um modelo de sistema aquapônico que vem sendo testado em diversas regiões do mundo. O modelo consiste em seis reservatórios cilíndricos com tamanho entre 4m3 e 12m3 cada um, contendo centenas de tilápias. Este cultivo é realizado em reservatórios extensos e rasos onde a água escoa rica em nutrientes que vertem destes reservatórios. Flutuando sobre painéis isolantes de polietileno dentro dos reservatórios, cultivam-se manjericão, cebolinha, couve de bruxelas e alface de forma hidropônica. Suas raízes nuas permeiam as fendas dos painéis e extraem os nutrientes diretamente da água onde flutuam. Livre de nitratos, a água está pronta para voltar aos reservatórios de peixes, após ter sido
“filtrada” pelas raízes dos vegetais de crescimento rápido e alto valor agregado
(MATSON, 2008).
se mostram adequados, com conversão alimentar próximas de 1,1:1 (BRAZ et al., 2010).
2.4Filtros biológicos e ciclo do nitrogênio
A tecnologia de tratamento de água com leitos cultivados teve sua origem na Europa, na década de 50, com leitos de juncos para redução de compostos orgânicos de efluentes industriais (FERREIRA et al., 2003). Durante as três últimas décadas, o sistema de leitos cultivados vem ganhando importância em todo o mundo, o que se deve ao fato de os leitos cultivados constituírem um processo de tratamento natural e de baixo custo (HABERL, 1999). No Brasil, os primeiros estudos com leitos cultivados construídos foram resultados das observações feitas nas planícies inundadas da Amazônia (SALATI, 1999).
Inicialmente os filtros biológicos consistiam em simples tanques de retenção, onde a água residuária era mantida em contato com rochas e pedregulhos por algum tempo; o tanque era então esvaziado (batelada) e o ciclo novamente repetido. Procurava-se relacionar a depuração com a formação de organismos produtores de biofilme, o que se conseguiu com relativa eficiência, mas com várias desvantagens do ponto de vista operacional, como a rápida colmatação dos vazios e o tempo perdido no enchimento e esvaziamento do tanque.
O sistema evoluiu de forma que a água residuária fosse aplicada continuamente sobre a superfície filtrante e percolasse entre um meio suporte, comumente rochas, sendo a DBO estabilizada aerobicamente por bactérias que crescem aderidas ao meio suporte. O líquido percola pelo tanque, saindo pelo fundo, ao passo que a matéria orgânica fica retida pelas bactérias. Os espaços livres são vazios, o que permite a circulação de ar.
Os filtros biológicos com leitos cultivados podem ser classificados como um sistema natural de tratamento de águas residuárias (LONDE, 2002). Segundo Mazzola (2003), o termo "constructed wetlands" é utilizado internacionalmente para identificação destes sistemas, que no Brasil ainda não têm um único nome. Alguns pesquisadores usam o termo “zona de raízes”, sendo este traduzido do inglês "root
Os leitos cultivados constituem um ecossistema artificial que reproduz as características dos banhados naturais, utilizando plantas aquáticas (taboa, juncos, aguapé e papiro, por exemplo) e meio suporte (brita, areia, casca de arroz) com o objetivo de purificar efluentes através da combinação de processos biológicos, químicos e físicos (HEMKEMEIER, 1999).
O uso de leitos cultivados tem sido proposto como um método de tratamento de baixo custo para efluentes líquidos devido a sua grande capacidade de reduzir a carga de resíduos sólidos e substâncias tóxicas (GOPAL, 1999). Os baixos custos de implantação e operação, aliados à tecnologia relativamente simples, são fatores que têm contribuído para a utilização crescente dos leitos cultivados em diversos países do mundo, para o tratamento de águas residuárias (FERREIRA et al., 2003).
Conforme Mannarino (2003), os sistemas de leitos cultivados apresentam vantagens como a capacidade de tratar simultaneamente uma grande variedade de substâncias, a possibilidade de tratar a água residuária sem a necessidade de transportá-la para estações de tratamento em locais distantes e o fato de não produzirem muito lodo, eliminando a necessidade de uma etapa posterior de tratamento e destinação final desse material. Além disso, possuem longa vida útil estimada em de 15 a 20 anos e produzem biomassa que pode ser utilizada na produção de ração animal, energia e biofertilizantes (reciclagem de nutrientes), desde que comprovada sua qualidade para o fim determinado.
Para a instalação deste tipo de sistema, é necessária a impermeabilização do filtro, a aquisição de meio filtrante para fixação das próprias espécies vegetais e de eventuais sistemas de bombeamento para condução do percolado até a entrada dos tanques. A operação dos leitos cultivados dispensa o uso de produtos químicos e grandes consumos de energia elétrica e não requer pessoas especializadas para seu funcionamento (MANNARINO, 2003).
O filtro pode ser construído ao nível do solo e da água, com diversas camadas de meio de suporte específicos, de granulometrias variadas. Na superfície se plantam vegetais com capacidade de filtração biológica e de efeito visual agradável.
A remoção da matéria orgânica ocorre por degradação biológica. Os microrganismos responsáveis pela degradação se encontram associados ou biofilme, que são desenvolvidos na superfície das partículas sólidas e na região das raízes da vegetação. Os mecanismos de degradação são oxidação e digestão anaeróbia.
Quanto ao nitrogênio sua transformação e remoção em sistemas naturais envolve um sistema complexo de processos e reações. O nitrogênio é considerado elemento essencial para as plantas, pois está presente na composição das mais importantes biomoléculas, tais como Adenosina Trifosfato (ATP), clorofila, proteínas e inúmeras enzimas e coenzimas (MIFLIN, LEA, 1976; HARPER, 1994). Em muitos sistemas de produção, a disponibilidade de nitrogênio é quase sempre um fator limitante, influenciando o crescimento da planta mais do que qualquer outro nutriente.
A quantidade de bactérias nitrificantes é pequena no início do ciclo. Somente após um período de aproximadamente 20 dias é que estarão presentes em quantidade satisfatória e estáveis no sistema (EMBRAPA, 2004). As excretas eliminadas pelos peixes, assim como a morte de algum destes seres, liberam compostos nitrogenados na água, os quais sofrem transformações graças à ação de bactérias como Nitrosomonas e
Nitrobacter, já citadas anteriormente.
2.5Hidroponia
A hidroponia constitui-se em uma técnica de produção de plantas na qual o solo é substituído por uma solução nutritiva composta de água e elementos minerais (FURLANI, 1998). O cultivo hidropônico utiliza a técnica do fluxo laminar de nutrientes. Nela a solução nutritiva flui sobre os canais de cultivo, onde se alojam as raízes, irrigando-as e fornecendo oxigênio e nutrientes para as plantas (STAFF, 1998). A estrutura básica para este sistema de cultivo é o tanque de solução nutritiva, conjunto moto-bomba, tubulação de distribuição de solução nutritiva, canais de cultivo, tubulação coletora e temporizador (STAFF, 1998).
Atualmente, o cultivo hidropônico é praticado na Holanda, Alemanha, Itália, Espanha, Suécia, Japão, Austrália, Estados Unidos, México e áreas vizinhas da América Central. A NASA tem empregado essa técnica para cultivar hortaliças em viagens espaciais longas, e pretende usar a tecnologia desenvolvida em sua estação espacial em Marte (RESH, 1997). No Brasil, o cultivo comercial de hortaliças e plantas ornamentais, usando técnicas de hidroponia, é recente, e vem se expandindo rapidamente nas proximidades dos grandes centros urbanos, onde as terras agricultáveis são escassas e caras e onde há grande demanda por produtos hortícolas. Em tais regiões, a produção de hortaliças é realizada em sua maior parte sob cultivo protegido, caso em que o cultivo hidropônico apresenta-se como alternativa vantajosa. Ciclos de produção mais curtos, possibilidade de uso do espaço vertical na casa de vegetação, maior produtividade, menor necessidade de mão-de-obra, menores riscos de salinização do meio de cultivo e de poluição do lençol freático com nitrato figuram entre as principais vantagens da hidroponia (FURLANI, 1998).
Em geral, dá-se o nome de cultivos hidropônicos àqueles em que a nutrição das plantas é feita por meio de uma solução aquosa que contém todos os elementos essenciais ao crescimento em quantidades e proporções definidas e isenta de quantidades elevadas de elementos potencialmente tóxicos.
Os cultivos hidropônicos podem ser realizados em soluções nutritivas aeradas, sem a presença de qualquer tipo de meio suporte, ou usando meio suporte quimicamente pouco ativos, como areia, cascalho e argila expandida para dar sustentação adequada às plantas (RESH, 1997).
A utilização da hidroponia tem se expandido nos últimos anos como forma de aumentar a produção. Vários fatores contribuem para que esta técnica seja uma atividade promissora, pois, segundo Faquin et al. (1996), a hidroponia apresenta uma série de vantagens tais como produção em pequenas áreas, utilização de baixa quantidade de água e fertilizantes, redução do número de operações durante o ciclo da cultura, antecipação da colheita e redução drástica de defensivos agrícolas. Por outro lado, o alto investimento inicial e a necessidade de treinamento especializado são os pontos que dificultam a adoção da hidroponia.
plantas aromáticas. Também são pouco estudadas as características aromáticas dessas plantas relacionadas às formas de cultivo.
No Brasil, o manjericão (Ocimum basilicum) é cultivado principalmente por pequenos produtores rurais para a comercialização da planta como condimento (TEIXEIRA et al., 2002). Além do uso in natura, o manjericão é muito utilizado para a obtenção de óleo essencial, importante na indústria de perfumaria e na aromatização de alimentos e bebidas (MAROTTI et al., 1996). O óleo essencial de manjericão também apresenta propriedades inseticidas e repelentes (UMERIE et al., 1998). Na região do Mediterrâneo, a erva é plantada nos beirais das janelas para repelir mosquitos e moscas domésticas (DUKE, 1991). Têm sido demonstradas também, atividades antimicrobianas, além de seu uso na conservação de grãos (MONTES-BELMONT; CARVAJAL, 1998).
Segundo Felty (1985), a manjerona (Origanum majorana) é uma espécie pertencente à família Labiatae, assim como o manjericão. Alcança alturas entre 30 a 60cm, com caule pouco lenhoso na base e flexível na parte superior, apresentando hastes curtas e retas (VON HERTWING, 1991). É utilizada na culinária na aromatização de bebidas, tempero de carnes, assados e saladas; na farmácia, é indicada como antiespasmódica, contra resfriados e de ação gástrica (ISLA, 2002).
2.6Qualidade da água em reservatórios de piscicultura
A qualidade da água é avaliada por meio de parâmetros físico-químicos (temperatura, oxigênio dissolvido, pH, condutividade, turbidez, nitrato, nitrito, amônia, nitrogênio orgânico, ferro, manganês, potássio, cloretos, fósforo total) (SILVA; MENDES, 2006). Em sistemas fechados com recirculação parcial ou total da água, os parâmetros mais significantes são: oxigênio dissolvido, temperatura, amônia total (amônia não ionizada, NH3, e amônia ionizada, NH4+), nitritos (NO2-), nitratos (NO32-),
pH, salinidade, dióxido de carbono (CO2), sólidos sedimentáveis, suspensos e
dissolvidos (TIMMONS, 2002).
O controle do oxigênio dissolvido é de suma importância para piscicultura. Assim sendo, antes de se iniciar um projeto de piscicultura, deve-se observar se há quantidade de água suficiente e de qualidade; caso contrário, o produtor deverá lançar mão de artifícios para controlar os níveis de oxigênio dissolvido, como, por exemplo, o uso de aeradores, oxigenadores e filtros biológicos (SILVA; MENDES, 2006).
Os peixes sobrevivem e crescem melhor em água com pH entre 6 e 9. Se o pH sair dessa faixa, seu crescimento será afetado. Por exemplo, se ocorrerem valores abaixo de 4,5 ou acima de 10, poderá ocorrer mortalidade (SIPAÚBA-TAVARES et al., 2007).
A condutividade elétrica é a medida direta da quantidade de íons na água (teor de sais na água). Altos valores de condutividade significam altas taxas de decomposição de matéria orgânica e isso é um parâmentro para quantidade de nutrientes disponíveis ou mesmo indício de problemas com poluição da água. Os valores desejáveis para criação de peixes ficam entre 20 e 100μS/cm (SILVA; MENDES, 2006).
A turbidez da água dos viveiros de peixes impede a penetração dos raios solares na coluna de água. A luz solar é fonte de energia essencial para as algas, que produzem substâncias orgânicas por meio da fotossíntese. A parte do corpo d’água que recebe a luz pode variar em profundidade de alguns centímetros e até alguns metros, dependendo do grau de turbidez, que pode ser influenciado tanto por fatores abióticos (partículas sólidas em suspensão) quanto por bióticos (algas e microrganismos) (SILVA; MENDES, 2006).
O nitrogênio é um elemento muito importante em sistemas aquáticos, sendo vital como macronutriente. É a chave para a formação de aminoácidos e consequentemente das proteínas, as quais são constituintes das enzimas e componentes estruturais das paredes das células (PÁDUA, 2007).
O ferro é um nutriente essencial para peixes e sua deficiência causa anemia microcítica em algumas espécies. A deficiência não se torna problema em sistemas aquáticos, desde que a água e os ingredientes da dieta supram as quantidades de ferro requeridas para as necessidades fisiológicas dos peixes (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1993).
Em sistemas aquapônicos a estratégia para minimizar possíveis impactos incluem a manipulação de dietas formuladas, implantação de biofiltros para retenção dos nutrientes, monitoramento da qualidade da água, adoção de tecnologia adequada para cada local específico e remoção de sólidos, entre outros (PIEDRAHITA, 2003).
Os níveis adequados para o crescimento dos peixes variam conforme a espécie cultivada. A Tabela 1 apresenta os valores de referência utilizados para a verificação das variáveis que estiveram dentro ou fora dos limites aceitáveis para uma boa qualidade da água. Tais parâmetros de qualidade da água são baseados nas recomendações de Kubitza (1999), Sipaúba-Tavares (1994) e do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 357/2005 de acordo com a classe 2 que classifica águas destinadas à criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de organismos aquáticos ao consumo humano.
Tabela 1 – Parâmetros de qualidade de água em águas doces onde ocorrer pesca ou cultivo de organismos, para fins de consumo intensivo, baseados nas recomendações de Kubitza (1999), Sipaúba-Tavares (1994) e do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 357/2005 de acordo com a classe 2 que classifica águas destinadas à criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de organismos aquáticos ao consumo humano.
Parâmetro Valor de Referência
Temperatura da água (oC) 28-32(1)
Condutividade Elétrica (μS/cm) 23-71(2)
pH -(1)
Turbidez (UT) 40,0(3)
Nitrato (mg/L) 10,0(3)
Nitrogênio amoniacal (mg/L) (3)
Ferro (mg/L) (3)
Fósforo total (mg/L) (3)
Sólidos dissolvidos totais (mg/L) 500(3)
Dureza (mg/L) >20(2)
Oxigênio dissolvido (mg/L)
(1) Kubitza (1999)
2.7Sistemas produtivos de tilápia
Na aqüicultura mundial, uma das espécies mais utilizadas para o cultivo comercial é a tilápia do Nilo. Sua produção atingiu cerca de 1.500.000t em 2010, devido a sua alta taxa de crescimento, adaptabilidade em diversas condições de cultivo, a alta aceitação pelo consumidor (BROMAGE; ROBERTS, 1995), excelente textura, paladar da carne e por não apresentar espinhos intramusculares (LIMA et al., 2000). Segundo Diver (2006), a maioria dos sistemas comerciais de aquaponia na América do Norte está baseada em tilápia, apesar de também serem adaptados a sistemas de recirculação as trutas e o salmão do ártico. A tilápia é proveniente da Costa do Marfim, oeste africano. Foi introduzida no nordeste brasileiro em 1971, e então, distribuída pelo País, sendo cultivada desde a bacia do rio Amazonas até o Rio Grande de Sul. O interesse pelo cultivo dessa espécie, no sul e sudoeste do país, cresceu rapidamente nos últimos oito anos pela introdução da tecnologia da reversão sexual e a pesca esportiva, representada pelos pesque-pague. Acredita-se que no Brasil metade da produção anual de peixes por pisciculturas seja de tilápias (LOVSHIN; CIRYNO, 1998).
A tilápia pertence à ordem dos Perciformes e à família Cichlidae. O gênero
Oreochromis consiste de mais de 100 espécies e subespécies. Atualmente 15 espécies
de tilápias são cultivadas no mundo. A tilápia é onívora, com uma tendência para ser herbívora. No estágio larval, alimenta-se principalmente de zooplâncton, e o espectro alimentar aumenta com o crescimento do peixe (PEIRONG, 1989). No seu hábito alimentar, incluem-se todos os tipos de plâncton, espécies bentônicos, algas, pequenas plantas aquáticas, detrito orgânico, e pequenos animais, tais como minhocas, microcrustáceos e insetos aquáticos.
A tilápia destaca-se dentre outras espécies de peixes pelo crescimento acelerado, reprodução tardia (admitindo obter maior desenvolvimento antes da primeira reprodução) e alto índice de reprodução em condições adequadas (possibilidade de produção de grande quantidade de alevinos). A tilápia nilótica (Oreochromis niloticus) apresenta aptidão em filtrar as partículas do plâncton; assim, quando cultivada em viveiros adubados, geralmente supera em crescimento e conversão alimentar as demais espécies de tilápias (KUBITZA, 2000).
alcalinidade na água, crescem e se reproduzem em águas salobras e salgadas, e admitem concentrações de gás amônia comparada à maioria dos peixes de criação. Estas características foram decisivas para que as tilápias dividissem com as carpas o posto dos peixes mais cultivados no mundo (KUBITZA, 2000).
Estudos reportam que tilápias são peixes tropicais que apresentam conforto térmico entre 27 a 32oC. Em temperaturas acima de 32oC e abaixo de 27oC, seu apetite fica reduzido e aumentam os riscos de doenças. Temperaturas na faixa de 8 a 14oC são letais, e temperaturas acima de 32oC podem causar sua mortalidade por estresse térmico (KUBITZA, 2000).
O pH da água no cultivo de tilápias deve ser mantido entre 6 a 8,5 (MOSCOSO; GALECIO, 1978; KUBITZA, 2000). Sob valores de pH abaixo de 4,5 e acima de 10,5, a taxa de mortalidade é significativa em viveiros com excesso de fitoplâncton e baixa alcalinidade total (<30mg/L). Em viveiros adubados muito fertilizados, o pH pode alcançar valores acima de 12 ao final da tarde, em dias muitos ensolarados. Isto pode inibir o consumo de alimentos e, se ocorrer com freqüência, afetar o crescimento dos peixes. Geralmente não é observada a mortalidade direta devido a essa elevação do pH, pois os peixes encontram conforto em águas mais profundas. No entanto, o elevado pH pode potencializar os problemas com toxidez por amônia (KUBTIZA, 2000).
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1Caracterização do sistema
O projeto foi conduzido numa propriedade localizada no Condomínio Quintas Bela Vista, na Região Administrativa do Jardim Botânico, Distrito Federal, nas coordenadas UTM/SICAD N 8.242.881,9190; E 199.991,1401, W.Gr. 45º 23S, referenciado ao Sistema Geodésico Astro Chuá (Figura 1).
Croquis ilustrativos do sistema foram desenvolvidos utilizando os softwares de desenho técnico livres Sketchup (Figura 2) e ProgeCad (Figura 3).
Figura 2 - Croqui esquemático simulando vista em perspectiva, composto por tanque de piscicultura, decantador, filtro biológico e bancadas hidropônicas.
O sistema foi montado em réplica, e dividido em três etapas: A - tanque de piscicultura; B - decantador (b1) e filtro biológico (b2); e C - hidroponia (c1 e c2), conforme Figura 3.
O tanque de piscicultura (etapa A) foi feito em um reservatório de polietileno circular, com 65,7cm de raio, 85cm de profundidade e volume de cerca 1.000L. Foram utilizados 2.000 alevinos de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus), os quais chegaram com 10 dias de vida e pesando, aproximadamente, 0,45g. Os peixes foram alimentados com ração, estimada em 3% da biomassa de peixe, com freqüência diária.
Após o tanque de piscicultura, a água passava por gravidade por um reservatório de polietileno circular, que funciona como decantador, com 30cm de raio, 1,1m de profundidade e volume de cerca de 400L (etapa B, b1) enterrado na altura do solo e, na sequência, por um reservatório de polietileno circular, que funciona como filtro biológico, com 50cm de raio, 80cm de profundidade e cerca de 700L de volume (etapa B, b2), alagado para o cultivo de papiro (Cyperus papyrus) utilizando-se seixo rolado, brita e argila extrusada como meio suporte. O filtro biológico teve como função permitir a fixação de bactérias nitrificantes.
Figura 4 – Visão geral do sistema avaliado, montado em réplica, na fase inicial do experimento.
Antes da realização do monitoramento, foi realizada a limpeza de todo o sistema, a fim de remover seus nutrientes. Nos tanques de piscicultura (1.000L), foi providenciada a troca da água e a inserção de novos alevinos. No tanque de decantação, foi realizada a retirada dos sólidos sedimentados, bem como a troca da água. No filtro biológico, foi realizada a lavagem do meio suporte (seixo rolado, brita e argila extrusada). Também foram lavados o meio suporte das canaletas de cultivo de manjericão e manjerona.
3.2Monitoramento da qualidade da água
O monitoramento da qualidade da água foi realizado com freqüência semanal, entre os dias 04/08/2011 e 15/09/2011, totalizando sete semanas. As coletas foram feitas no período matutino, por volta das 11h. Amostras de água foram tomadas ao final de cada uma das etapas do sistema, ou seja, na saída dos tanques de cultivo de peixes (Etapa A), na saída do filtro biológico (Etapa B) e na saída da hidroponia (Etapa C), conforme demonstrado na Figura 3.
Laboratório de Águas da Universidade Católica de Brasília, no mesmo dia da coleta, segundo especificações do Standard Methods (APHA, 1998).
Tabela 2 – Parâmetros de qualidade de água monitorados no sistema de aquaponia e seu respectivo método de mensuração.
Parâmetro Método
1. pH pHmetro marca Hach - 2520 B
2. Oxigênio dissolvido (mg/L) Oximetro OXI 330/SET (WTW), eletrodo de membrana
3. Condutividade elétrica (µS/cm) Condutivímetro marca Hach – DR 500
4. Temperatura da água (oC) Oximêtro OXI 330/SET (WTW).
5. Sólidos dissolvidos totais (mg/L) Condutivímetro marca Hach – DR 500
6. Temperatura atmosférica (oC) Termômetro de mercúrio
7. Turbidez (mg/L) Análise por turbidímetro Hach modeo 2100P
8. Nitrato (mg/L) Ácido cromotrópico e do ácido fenoldissulfônico.
9. Nitrogênio amoniacal (mg/L) Nessler4500-NH3 B & C. Limite de detecção: 10-2-3
10. Fósforo total (mg/L) Cloreto estanoso 4500 – P D. Limite de detecção: 10-2-5
11. Sólidos suspensos (mg/L) Sólidos suspensos totais Seco de 103 a 105 ºC -2540 D
12. Sólidos Voláteis (mg/L) Sólidos fixos e voláteis Seco a 550ºC – 2540 E
13. Ferro total (mg/L) Fenatrolina3500 Fe B
14. Dureza (mg/L) EDTA titulação – 2340 C Limite de detecção: 10-1-∞ 15. Magnésio (mg/L) Cálculo 3500 – Mg B
16. Cálcio (mg/L) EDTA titulação – 3500-Ca B
3.3Avaliação do crescimento das mudas de manjericão e manjerona / Biometria dos peixes
Para avaliação do crescimento das mudas de manjericão e manjerona, utilizou-se em cada sistema uma amostragem sistemática de quinze indivíduos de cada espécie. Foram escolhidos dois indivíduos por canaleta, e realizadas a medida de sua altura.
Para avaliação do desenvolvimento dos peixes, foi realizada amostragem aleatória de 25 indivíduos em cada sistema. Estes foram pesados dentro de um aquário
“tarado” (Figura 6a), registrando-se a biomassa média estocada (peso/no de peixes). Para avaliação das dimensões do peixe, foi realizada a biometria, que consistiu no acompanhamento semanal do crescimento dos peixes. Foram tomados cinco indivíduos em cada sistema e medidos comprimento total (cabeça a cauda) e largura.
Ao final do experimento, foram retirados 15 indivíduos de manjericão e 15 de manjerona de cada sistema, e realizada sua pesagem (Figura 6b), para estimar a biomassa de plantas.
a) b)
4 RESULTADOS
4.1Monitoramento da qualidade da água
Observou-se que a maioria dos parâmetros avaliados, excluindo oxigênio dissolvido e temperatura, apresentou um decaimento brusco na concentração na semana T4, quando foi realizada a troca de 100% da água para manutenção do biofiltro dos sistemas 1 e 2. Após esse evento, os valores voltaram a aumentar, iniciando um novo ciclo. O teste de Kruskal Wallis demonstrou que não houve diferença significativa entre as três etapas do sistema para a maior parte dos parâmetros avaliados, com exceção da temperatura da água e amônio. Os valores médios e desvios padrão das variáveis de qualidade da água dos dois sistemas, para as três etapas, estão apresentados na Tabela 3. O pH variou entre 4,98 e 6,48 (Tabela 3), o que o caracteriza como levemente ácido. Com o intuito de elevar os valores de pH para próximo da neutralidade e aumentar a eficiência das bactérias nitrificantes, foram adicionados 30g de gesso e 300g de calcário na semana T4. Isso se refletiu na Figura 7b, na qual é possível observar que o maior valor de pH foi registrado na semana T5.
O oxigênio dissolvido variou de 3,35mg/L a 9,50mg/L (Tabela 3). A Figura 7c demonstra que, a partir da semana T1, as concentrações deste parâmetro mantiveram-se constante.
A condutividade elétrica variou de 32µS/cm a 320µS/cm (Tabela 3). A Figura 7d demonstra que, nas semanas T0 e T4, foram registrados os menores valores deste parâmetro, destacando-se um aumento ao longo das semanas.
A temperatura da água apresentou variação de 18,5 oC a 23,9 oC (Tabela 3). A Figura 7a demonstra maiores valores de temperatura na etapa C. Nesta etapa, a água é mais influenciada pela radiação solar. Já para temperatura atmosférica obteve-se uma média de 27,4 oC.
A turbidez oscilou entre 0,6 UT a 3,6UT (Tabela 3) durante o período analisado. A Figura 7f evidencia os menores registros nas semanas T0 e T4. Ao longo das semanas, este parâmetro tende a aumentar. Apesar da ausência de diferenças significativas entre as etapas, a Figura 7f demostra que este parâmetro apresentou-se menor na etapa C, provavelmente por já ter atravessado o decantador e o filtro biológico.
O nitrogênio amoniacal variou entre 0,1mg/L e 0,7mg/L (Tabela 3). Já o nitrato variou de 0,4 mg/L a 0,9 mg/L (Tabela 3) durante as diferentes amostragens. Conforme a Figura 9, nota-se que a concentração dos parâmetros citados acima se invertem ao longo das etapas A, B e C.
O fósforo total variou de 2,9 mg/L a 4,6 mg/L (Tabela 3). A Figura 8c demonstra que nas semanas T0 e T4 houve os menores registros, o que denota que ao longo das semanas este parâmetro sofreu aumento nas suas concentrações.
O ferro total apresentou variação de 0,1 mg/L a 0,4 mg/L (Tabela 3). A Figura 8d apresentou as menores concentrações nas semanas T0 e T4.
Tabela 3 – Valores médios, desvios padrão e mínimo e máximo das variáveis químicas e físicas da água em suas três etapas.
Parâmetros Etapa A Etapa B Etapa C
Média DP Min Máx Média DP Min Máx Média DP Min Máx
pH 5,49 0,32 5,07 6,01 5,52 0,32 5,01 6,08 5,54 0,47 4,98 6,48
Oxigênio dissolvido (mg/L) 5,03 1,97 4,05 9,48 4,74 2,03 3,35 9,25 4,85 1,87 4,00 9,08
Condutividade elétrica (µS/cm) 195,78 89,87 42,75 287,00 199,07 91,82 43,05 285,50 200,01 92,77 44,40 288,50
Temp. água (oC ) 20,94 0,70 19,75 22,15 21,51 0,83 20,20 22,85 22,80 1,11 20,60 23,65
Sólidos dissolvidos totais (mg/L) 98,11 44,95 21,45 143,50 99,16 45,55 21,50 142,50 99,54 46,19 22,25 143,50 Temp. atmosférica (oC ) 27,31 1,34 25,00 29,00 27,31 1,34 25,00 29,00 27,39 1,46 25,00 29,50
Turbidez (UT) 2,03 1,00 0,85 3,57 1,88 0,94 0,75 3,31 1,70 0,84 0,57 2,85
Nitrato (mg/L) 0,58 0,12 0,58 0,75 0,59 0,12 0,41 0,76 0,63 0,17 0,42 0,96
Nitrogênio amoniacal (mg/L) 0,48 0,10 0,48 0,64 0,37 0,10 0,26 0,52 0,32 0,09 0,22 0,48
Fósforo total (mg/L) 3,46 0,46 3,46 4,05 3,49 0,48 3,01 4,07 3,47 0,45 2,92 4,07
Sólidos suspensos (mg/L) <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 Sólidos voláteis (mg/L) <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1
Ferro total (mg/L) 0,20 0,05 0,14 0,25 0,20 0,05 0,14 0,26 0,20 0,05 0,15 0,25
Dureza (mg/L) 38,86 11,93 25,83 57,90 39,09 12,26 25,46 59,20 38,93 12,51 25,48 59,50
Magnésio(mg/L) 17,14 6,11 10,21 24,35 17,37 5,57 10,01 24,50 17,72 5,86 10,45 25,50
Figura 7 – Variação média nos sistema 1 e 2, das variáveis de qualidade da água, ao longo do período experimental.
Temperatura da água (oC)
18 19 20 21 22 23 24 25
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas) pH 5,00 5,40 5,80 6,20 6,60 7,00
T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6
Tempo (semanas)
Oxigênio dissolvido (mg/L)
3 4 5 6 7 8 9 10
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
Condutividade elétrica (mS/cm)
40 100 160 220 280 340
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
Sólidos totais dissolvidos (mg/L)
20 60 100 140 180
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas) Turbidez (UT) 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
a) b)
c) d)
e) f)
Figura 8 – Variação media nos sistemas 1 e 2, dos nutrientes da água, ao longo do período experimental. Fer ro to tal ( m g/L ) Fer ro to tal (m g/L ) Nitrato (mg/L) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas) Amônio (mg/L) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
Fósforo total (mg/L)
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
Ferro total (mg/L)
0,0 0,1 0,2 0,3
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas) Magnésio (mg/L) 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas) Cálcio (mg/L) 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
T 0 T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 Tempo (semanas)
a) b)
c) d)
Figura 9 – Variação média de nitrato e nitrogênio ao longo das fases do experimento.
4.2Desenvolvimento do manjericão, da manjerona e dos peixes
Ao longo do experimento, os indivíduos de manjericão cresceram de 10cm a 57cm (Figuras 10a e 11). Houve uma perda média de 21,5%, restando 179 dos 228 indivíduos inicialmente plantados nos dois sistemas. Ao final do experimento, o peso médio por indivíduo foi de 19g, o que totalizou cerca de 3,4kg de manjericão. Já a manjerona (Figura 10b) apresentou crescimento que variou de 9cm a 34cm. Houve uma perda média de 17,86%, restando 161 dos 196 indivíduos inicialmente plantados nos dois sistemas. Cada indivíduo pesou, em média 6,5g, o que totalizou cerca de 1,1kg de manjerona.
a) b)
Figura 10 – Crescimento médio do manjericão e manjerona, ao longo do tempo.
Altura
(
cm)
Altura
(
Figura 11 – Comparativo relativo ao crescimento do manjericão e manjerona, da primeira semana até o fim do experimento.
No início do experimento os peixes possuíam peso médio unitário de 0,45g, totalizando uma biomassa média inicial de 1,8kg. Ao final das sete semanas de cultivo, os peixes atingiram o peso médio final de 3,75g, alcançando no mesmo período uma biomassa de pouco mais de 13kg nos dois sistemas. A Tabela 4 apresenta os dados médios de peso e biomassa inicial e final no período experimental.
Quanto ao crescimento dos peixes, a largura média inicial foi de 1,05cm, enquanto o comprimento médio inicial foi de 2,61cm. Ao final das sete semanas de cultivo, os peixes atingiram a largura média de 2,40cm, comprimento médio de 6,90cm, conforme demonstrado nas Figuras 12 e 13.
A taxa média de perda dos peixes foi de cerca de 8,5%, sendo registrados 337 perdas, num universo de 4.000 indivíduos.
Tabela 4 – Valores médios do peso inicial, final, biomassa, por sistema de cultivo de tilápia.
Parâmetros
Peso inicial (g) 0,45
Peso final (g) 3,75
Figura 12 – Comprimento, largura dos peixes, ao longo do tempo
Figura 13 – Peso médio dos peixes, ao longo do tempo
5 DISCUSSÃO
5.1Monitoramento da qualidade da água
A aquicultura pode provocar graves problemas à natureza pelo descarte de efluentes (ARANA, 1999). No sistema de integração entre a criação de tilápias, manjericão e manjerona aqui analisado, não houve descarte de efluentes no meio ambiente. A reutilização dos resíduos, assim como a importante ação das bactérias servindo tanto para a biotransformação da amônia, quanto para fixação do nitrogênio nas plantas (HANSON et al., 2008), tornou-o tecnicamente e ecologicamente adequados.
Pes
o
(g
)
T
am
an
ho
(
cm
De maneira geral, os parâmetros observados apresentaram-se semelhantes ao encontrado na literatura consultada. A operação e monitoramento do sistema, relativamente simples, corroboram a pressuposição que o sistema avaliado é viável, do ponto de vista técnico e operacional.
O teste de Kruskal Wallis identificou diferenças significativas na temperatura da água, provavelmente pelo fato de na etapa C (hidroponia) a água sofrer influência direta da temperatura atmosférica. A temperatura da água esteve ligeiramente abaixo da faixa ideal. Conforme Kubitza (1999), a temperatura ideal para o desenvolvimento da tilápia está entre 25oC e 30oC, tendo seu crescimento afetado abaixo de 15°C e não resistindo a temperaturas menores de 10°C, o que não foi o caso sistema avaliado. A temperatura média da água correspondeu ao valores de Castellani (2008), em que houve variação de 20,4ºC a 22,4ºC, para sistemas integrados de camarão com cultivo hidropônico. Entretanto, os valores apresentados por Martins (2007), avaliando qualidade da água viveiros de tilápia em tanques escavados, variaram entre 27ºC e 31,8ºC.
Os valores de pH observados estiveram próximos à neutralidade e ao recomendado por Kubitza (1999). Também aproximaram-se da faixa de 5,5 a 6,5 apresentada por Martins (2007) e Precioso et al. (2003), que avaliaram o cultivo do agrião em hidroponia, sob diferentes concentrações de solução nutritiva. Em contrapartida, Cortez et al.(2009) apresentaram valores médios de 7,2 após a passagem pelos tanques de criação de peixes, reduzindo para 5,7, após o biofiltro, tornando a aumentar após passagem por caixa calcária, apresentando valores médios um pouco acima do encontrado neste estudo, provavelmente em razão da etapa da caixa de calcário.
O oxigênio dissolvido é um importante parâmetro, pois os organismos aquáticos utilizam o oxigênio para a respiração e produção de energia (SIPAÚBA-TAVARES, 1994). Os valores de oxigênio dissolvido foram superiores a 5mg/L, o que possibilita adequada aeração para os peixes. Castellani (2008) também apresentou valores médios entre 5,06mg/L a 6,94mg/L, referentes aos efluentes dos viveiros de camarão.
médios indicados por Sipaúba-Tavares (1994), que variaram de 23μS/cm a 71μS/cm, o que coincide com Castellani (2008), que observou valores médios de 57μS/cm. Já Martins (2007) obteve resultados entre 79μS/cm e 101μS/cm, um pouco acima dos anteriores, mas ainda abaixo do identificado no presente estudo. Este parâmetro foi observado constantemente acima de 100μS/cm após a semana T1, o que provavelmente indica elevada quantidade de matéria orgânica em decomposição, associadas ao arraçoamento, suas excretas e perdas dos peixes.
A presença de sólidos dissolvidos na água indica a presença de sais, ácidos minerais e outros similares. Elevadas concentrações de sólidos dissolvidos podem levar à depleção do oxigênio dissolvido na água. Os sólidos dissolvidos totais registrados permaneceram abaixo de 500mg/L, valor recomendado pela CONAMA 357/2005. Contudo, estiveram um pouco acima dos valores encontrados por Martins (2007), que apresentou variação entre 50mg/L e 70mg/L.
Os valores de turbidez registrados foram bastante inferiores ao limite de 40UT recomendado pelo CONAMA 357/2005. O que corrobora os níveis encontrados por Castellani (2008), entre 2UT e 4UT. Isto se relaciona muito provavelmente ao disciplinamento no arraçoamento, que não foi realizado em demasia, gerando baixos valores de turbidez, bem como a rápida circulação da água e as fases de decantação e fitragem.
Conforme teste de Kruskal Wallis foi identificada diferença significativa no nitrogênio amoniacal, possivelmente em função do processo de nitrificação no filtro biológico. Há uma relação significativa entre produção de nitrato e o pH. A taxa de nitrificação em ambientes aquáticos é potencializada em ambientes com pH próximo do neutro (BRAZ; PSILLAKIS; YOSHIZUMI, 2011). Ainda conforme o mesmo autor, em pH elevado, ocorre acúmulo de nitrito, que está relacionado diretamente à sensibilidade da bactéria do grupo Nitrobacter aos sais de amônio em condições alcalinas.
