ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA APLICADA AO MONITORAMENTO DA QUALIDADE DA ÁGUA NA PISCICULTURA.

ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCÊNCIA APLICADA AO

MONITORAMENTO DA QUALIDADE DA ÁGUA NA PISCICULTURA.

Resumo – A Tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) vem ganhando espaço na piscicultura do Mato

Grosso do Sul (MS), especialmente na região da Grande Dourados, como mais uma opção de espécie comercial, sobretudo em pequenas propriedades. O sistema de produção de tilápia mais comumente utilizado é a produção em viveiros escavados. No entanto, em função do tipo de solo arenoso e altamente permeável, alguns piscicultores, orientados pelos órgãos de assistência técnica, estão utilizando uma lona de geomembrana para forrar o fundo dos viveiros. Embora promissor, esse tipo de cultivo encontra dificuldades para alavancar a produção devido o pouco conhecimento das características ambientais do sistema. Essas informações são fundamentais para a manutenção da boa qualidade da água e, consequentemente, da melhoria da produtividade. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a qualidade da água em tanques lonados, via espectroscopia de fluorescência, durante um ciclo de produção de tilápia. O estudo foi conduzido em uma propriedade no município de Glória de Dourados em MS. Coletas de água e a caracterização da emissão de fluorescência foram realizadas mensalmente. A partir das análises foi possível identificar e monitorar a presença de proteínas, clorofila e matéria orgânica dissolvida e a evolução desses constituintes ao longo do ciclo de produção. A matéria orgânica mostrou uma boa resposta de fluorescência linear como função do tempo. Ademais, nossos resultados demonstraram que a espectroscopia de fluorescência apresenta um grande potencial para a caracterização qualitativa da água na piscicultura.

Palavras-Chave – Espectroscopia de Fluorescência, Monitoramento Ambiental, Qualidade de

Água.

FLUORESCENCE SPECTROSCOPY APPLIED TO WATER QUALITY

MONITORING IN FISH FARMING

Abstract – Nile Tilapia (Oreochromis niloticus) is becoming more popular in fish farming in Mato

Grosso do Sul (MS), especially in the Grande Dourados region, as another option of commercial species, mainly in small farms. The Tilapia production system most commonly used is the excavated nurseries. However, depending on the type of soil like sandy soil and highly permeable, some fish farmers, guided by the service agencies, are using a geomembrane for lining the bottom of the tanks. Although promising, this type of cultivation have difficulties to boost production because of the lack of knowledge about the environmental characteristics of the system. This information is critical to maintaining good water quality and thus improving productivity. The main objective of this study was to evaluate the water quality in this type of tank by applying fluorescence spectroscopy over a Tilapia production cycle. This study was performed on a property in the Gloria de Dourados city in MS. Water sample collections and the characterization of the fluorescence emission were carried out monthly. From the analysis, it was possible to identify and monitoring the presence of proteins, chlorophyll and dissolved organic matter, as well as, the evolution of these components throughout the production cycle. The organic matter showed a good

1 _{Universidade Federal da Grande Dourados (UFGD), Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental (PPGCTA). Rodovia}

linear fluorescence response as a function of time. Furthermore, our results has demonstrated that the fluorescence spectroscopy has a great potential for qualitative analysis of water quality in fish farming.

Keywords – Fluorescence Spectroscopy, Environmental Monitoring, Water Quality.

INTRODUÇÃO

A Tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus), uma das principais espécies da aquicultura brasileira, vem aos poucos ganhando espaço no Mato Grosso do Sul (MS), tradicional produtor de espécies de peixes nativas do Pantanal, especialmente na região da Grande Dourados. O cultivo da espécie em tanques escavados tem ganhado destaque, especialmente em pequenas propriedades rurais, dado o menor custo de produção e possibilidade de produção durante todo o ano. Nesta região, as propriedades não possuem disponibilidade hídrica superficial próxima, e em função do solo ser altamente permeável, os tanques escavados são abastecidos por poços artesianos e forrados com uma lona de geomembrana para estocar a água e impedir a infiltração. Embora promissor esse tipo de cultivo encontra algumas dificuldades para alavancar a produção devido o pouco conhecimento das características ambientais do sistema. Essas informações são fundamentais para a manutenção da boa qualidade da água e, consequentemente, a obtenção de uma boa produtividade.

A avaliação e o monitoramento da qualidade da água na piscicultura são de extrema importância, por ser um fator determinante no processo de crescimento e sobrevivência dos peixes, bem como na qualidade final da produção. Para tal, as análises físico-químicas de rotina necessitam ser frequentemente avaliados pelos próprios piscicultores sendo elas: Temperatura, transparência, pH, Oxigênio Dissolvido (OD) e amônia (CODEVASF, 2013). Outros parâmetros químicos e biológicos, tais como Nitrogênio, Fósforo e concentração de fitoplânctons, são também importantes para o monitoramento da água na piscicultura por trazer informações relevantes em relação à saúde do peixe. Todavia, é importante buscar pelo desenvolvimento de metodologias analíticas que possam determinar a qualidade da água, objetivando superar algumas barreiras apresentadas pelas técnicas tradicionais. Nesse cenário, a espectroscopia de fluorescência apresenta-se como uma ferramenta com o potencial de realizar análises qualitativas rápidas, seletivas, precisas e sem a necessidade de um prévio tratamento das amostras. Ademais, outra vantagem da espectroscopia de fluorescência é a possibilidade de um monitoramento in loco em tempo real a partir de um sistema

influências contribuam para a alteração das características físico-químicas dos constituintes da água, sendo possível a detecção dessas variações via espectroscopia de fluorescência. Trabalhos recentes demonstraram que a espectroscopia de fluorescência traz informações adicionais com resultados precisos e de grande interesse para o monitoramento e avaliação das características e origens da matéria orgânica, segundo estudos realizados por Azevedo et al, (2008), Azevedo et al, (2013), e de sua composição, concentração, distribuição e dinâmica das várias fontes nos vários ambientes (Hudson et al, 2007).

O presente trabalho objetivou avaliar o potencial da espectroscopia de fluorescência como ferramenta analítica para monitorar a qualidade da água em tanques escavados lonados, durante um ciclo de produção de tilápia.

MATERIAIS E MÉTODOS

O estudo foi realizado em um tanque de piscicultura localizado no município de Glória de Dourados – MS, com as seguintes coordenadas geográficas: Tanque 1 (22 19'03,13'' - S 54 14'34,44'' W); Tanque 2 (22 24'07,34'' - S 54 14'16,37'' W); Tanque 3 (22 24'07,34'' S - 54 14'16,37'' W) e Tanque 4 (22 25'53,54'' S - 54 15'25,73W). O tanque tem geometria retangular e possui uma área de 450, 540, 480 e 540 m2, com profundidade de 1,30 a 2,30 m. Por ser uma região de solo arenoso, o tanque foi revestido com uma geomembrana de 8,0 mm de espessura, facilitando a retenção de água para o cultivo dos peixes.

As amostras de água foram coletadas mensalmente, por utilização de um balde coletor de polipropileno transparente. As amostras foram acondicionadas em frascos âmbar de 1L devidamente identificados, refrigeradas a 4°C e levadas ao laboratório para posteriores análises espectroscópicas.

As medidas de espectroscopia de fluorescência foram realizadas com o auxílio do equipamento Cary Eclipse (Varian, USA). Para todas as amostras foram obtidos os mapas 3D do espectro de emissão nas regiões de 240 a 800 nm com excitação em 230 nm a 430 nm. As fendas de excitação e emissão tiveram a abertura de 5 nm e uma voltagem de 800 V foi utilizada na fotomultiplicadora. Todas as medidas foram realizadas a temperatura ambiente em cubeta de quartzo de 1 cm de caminho óptico.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Por meio das medidas de fluorescência pela Matrix de Excitação-Emissão (MEE), três principais regiões fluorescentes podem ser observadas, conforme representado na Figura 1. A região 1, com excitação entre 230 e 290 nm e emissão entre 300 e 400nm, indica a presença de proteínas. Conforme proposto por Birdwell et al, (2010) essa região pode indicar atividades biológicas ou material de substância protéica, incluindo picos de tirosina e picos de triptofano. Outro constituinte que pode estar presente na água, e apresenta fluorescência, é a matéria orgânica dissolvida (MOD), que emite entre 400 e 550 nm, quando excitada entre 230 e 400 nm (região 2). Já a clorofila, oriunda da presença de microalgas (fitoplâncton) na água, apresenta uma emissão em torno de 670 nm quando excitada entre 230 e 430 nm (região 3). Por fim, vale a pena destacar que a região 4 representa apenas o espalhamento de luz de primeira ordem, conhecido como espalhamento Rayleigh, não tendo nenhuma relação com a fluorescência dos constituintes da água.

Figura 1 – Representação das regiões analisadas nos espectros de emissão via mapa 3D para amostra de água dos tanques de piscicultura.

referente ao mês de novembro de 2014, as quantidades de proteínas, matéria orgânica e microalgas apresentada na água eram praticamente nulas. Entretanto, a partir das análises do mês de dezembro de 2014, foi possível detectar a presença de matéria orgânica e proteínas, como apresentado na Fig. 2b. Já a emissão da clorofila, só foi possível se observar a partir da terceira coleta (Jan/15), como demonstrado pela Fig 2c. De maneira geral, a Fig 2 demonstra que é possível monitorar a evolução dos constituintes fluorescentes na água a partir das análises dos mapas 3D de emissão.

300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 b) Emissão (nm) Ex c ita ç ã o (nm ) a) 300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 Emissão (nm) 300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 e) Emissão (nm) 0,000 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,0 110,0 120,0 130,0 140,0 150,0 160,0 170,0 180,0 190,0 200,0 210,0 220,0 230,0 240,0 250,0 260,0 270,0 280,0 290,0 300,0 310,0 320,0 330,0 340,0 350,0 360,0 370,0 380,0 390,0 400,0 410,0 420,0 430,0 440,0 450,0 300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 f) Emissão (nm) 300 400 500 600 700 240 270 300 330 360 390 420 c) d)

Figura 2 – Mapas 3D de emissão em função da data de coleta. (a) Nov14; (b) Dez14; (c) Jan15; (d) Fev15; (e) Mar15;(f) Abr15.

Os espectros de fluorescência, obtidos dos mapas 3D, indicam claramente que a intensidade de emissão dos constituintes fluorescentes sofre modificações em função do tempo da coleta. Portanto, para uma melhor visualização do comportamento de cada constituinte analisado, a Figura 3 apresenta a intensidade de emissão das proteínas, matéria orgânica e clorofila em função do tempo.

Figura 3 – Intensidade de fluorescência em função dos meses de coleta. (a) Fluorescência da matéria orgânica em 425 nm quando excitada em 335 nm; (b) Fluorescência da clorofila em 685 nm quando excitada em 420 nm; (c) Fluorescência da proteína em 340 nm quando excitada em 280 nm.

Como pode ser observada na Figura 3a, a intensidade de emissão da matéria orgânica (MO) mostrou uma boa correlação linear em função do tempo, confirmado por um coeficiente de linearidade (R2) de 0,995 a partir do ajuste linear para os pontos experimentais. Por outro lado, apesar das intensidades de fluorescência da clorofila e proteínas aumentarem em função da data de coleta, uma significativa diminuição da intensidade foi observada para o quinto mês (Mar15), como mostram as Figuras 3b e 3c, respectivamente. Acredita-se que essa diminuição de intensidade possa estar associada à grande precipitação ocorrida entre os meses de fevereiro e março de 2015.

CONCLUSÕES

A partir das análises dos mapas 3D de emissão da água dos tanques de piscicultura foi detectada a presença de proteínas, matéria orgânica e clorofila oriunda da presença de microalgas (fitoplanctons). Ademais, também foi possível monitorar a evolução desses constituintes em função do tempo. Em resumo, nossos resultados demonstraram a potencialidade da espectroscopia de fluorescência como uma ferramenta qualitativa no processo de análise e avaliação da qualidade da

REFERÊNCIAS

AZEVEDO, J.C.R. et al, (2008). Caracterização do carbono orgânico para avaliação ambiental da qualidade da água – Estudo de caso do lago Birigui. Revista Brasileira de Recursos Hídricos Vol 13 n.3 Jul/Set 2008, 23-34.

AZEVEDO, J. C. R. et al (2013). Estudo da caracterização da matéria orgânica aquática da bacia do Alto Iguaçu, Curitiba-PR. In Anais do XX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos Bento Gonçalves - RS, Nov. 2013, pp 1-8.

BIRDWELL J. E., ENGEL, A. S. (2010). Characterization of dissolved organic matter in cave and spring waters using UV–Vis absorbance and fluorescence spectroscopy. Organic Geochemistry, 270-280.

FARIA, R. H. S. de; MORAIS, M.; SORANNA, M. R. G. de S. e SALLUM, W. B. (2013). CODEVASF - Companhia de Desenvolvimento dos Vales São Francisco e do Parnaíba. Manual de

criação de peixes em viveiros. Org. ed: Anaí Nabuco/Lettera Comunicação, Brasilia – DF, 132 p.

HUDSON N., BAKER, A., REYNOLDS D. (2008). Fluorescence analysis of dissolved organic matter in natural, waste and polluted waters—a review. River Research and Applications River.

Res. Applic. 23: 631–649.

SIPAÚBA-TAVARES, L. H. (1994). Limnologia Aplicada à Aqüicultura. Boletim Técnico do