anÁlise sistÊmica e energÉtica da aqÜicultura enrique ortega rodríguez laboratório de...
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ANÁLISE SISTÊMICA E ENERGÉTICA DA AQÜICULTURA
Enrique Ortega RodríguezLaboratório de Engenharia Ecológica
FEA, Unicamp, CP 6121 Campinas, SP 13083-862
E-mail: <[email protected]>
VIII Encontro da Associação Brasileira de Patologistas de Organismos Aquáticos
Laguna, Santa Catarina, 19-22 de outubro de 2004
Para entender o funcionamento dos sistemas aquáticos é necessário um conhecimento multidisciplinar de boa qualidade, sobre a interação entre os recursos físicos, bióticos e humanos no espaço físico de interesse.
A análise do sistema deve levar a uma síntese que consiste na elaboração de um modelo do funcionamento energético do sistema.
O modelo permite avaliar o desempenho, fazer simulações de novos cenários no computador e estudar os mecanismos de resposta às forças externas e de reestruturação interna do sistema.
A análise emergética aplicada ao estudo de sistemas aquáticos permite:
(a) Calcular a capacidade de suporte renovável e compará-la com as capacidades obtidas ao usar, de forma intensa, insumos derivados de recursos não renováveis;
(b) Calcular a contribuição dos sistemas aquáticos nas cadeias tróficas geradas com os peixes exportados;
(c) Visualizar, por meio de cenários, as
tendências de evolução (composição, espécies) dos sistemas aquáticos;
(d) Prever situações de risco e discutir, com antecedência, medidas para solucionar esses problemas.
Faremos uma previsão dos resultados da análise emergética da produção de peixes em viveiros em sítios e fazendas onde se integra a produção de milho e suínos com a criação de tilápia, na região Oeste de Santa Catarina para explicar os resultados de uma pesquisa.
Aqüicultura em Santa Catarina Aqüicultura em Santa Catarina
Produção integrada de Produção integrada de grãos, suínos e tilápiagrãos, suínos e tilápia
$
ElectricityFossil fuels
$
NPK FertilizersHerbicidesLimestone
Biomass
Soybean/Wheat
Pig
$
$
$
Farmer
Manure
Ground water
Soil loss
Rain
Fish
Biomass
Pig
BiomassFishPond
OtherImputs
Gov.Taxes
$
Soybean/Corn/Wheat
30.3
515.1
30.3
12.519.1
5138.5
1221.8
31.6
Biomass
Forest6 ha
181.9
324.0
9.5
307.2
267.9
138.5
Pig feed
?
?
472.35070.7
2181.5
27.6355.6 199.0 43.1
418.1
82.7 53.82.55E+10
3.68E+11
4.84E10
142.9
757.6
713.6
Integrated production system with 25 ha
1 ha
1 ha
17 haTese de mestrado de Tese de mestrado de Otavio Cavalett (2004)Otavio Cavalett (2004)
A partir dos índices de desempenho emergético, discute-se a problemática sócio-ambiental e sanitária das bacias hidrográficas.
Também se discute teoricamente um modelo de simulação da aqüicultura.
Introdução
A produção de peixe em recursos hídricos pode ocorrer em:
(a) sistemas naturais (Figura 1);
(b) sistemas alterados pelo homem (Figura 2).
Sol
consumidores
ChuvaVento
Rocha
Água da bacia
Águasuperficial
Sed-mentos
Matéria orgânica
Água evaporada
Solo
Produtores
Intemperismo
Biodi-versidade
local
Biodi-versidade regional
Bio-massa
Águasubterrânea
Restos biomassa animalRestos biomassa vegetalSedimentosMatéria orgânicaCorrentes de água
Lençóis freáticos
Figura 1. Diagrama de uma bacia hidrográfica sem intervenção humana.
A produção baseada em recursos hídricos naturais ainda existe em lugares isolados sem poluição onde a produtividade é relativamente pequena (500 kg/ha/ano) e a variedade de peixes é grande.
A cadeia trófica se desenvolve usando a energia solar direta (sol) e indireta (vento e chuva), os sedimentos e matéria orgânica produzidos pelos processos de intemperismo e produção de biomassa vegetal que ocorrem na bacia.
Nos sistemas de piscicultura com maior intervenção humana a produtividade pode ser maior, ela varia entre 5000 a 12 000 kg/ha/ano, mas ocorre poluição dos recursos hídricos e a biodiversidade diminui muito.
Sol
Rocha
ChuvaVento
Água
superficial
Mine-rais
Evapo-transpiração
Combustíveis fósseis, bens e
serviços
Área lazer
Indústria
subterrâneaNutrientes
Matéria orgânica
Sedimento
Tratamento de água
Administração local
Comércio de bens e serviços
Cidadãos (usuários)
Órgãos estaduais regionais
Infor-mação
População humana
Resíduos
Infor-mação
Substâncias tóxicas
Áreas naturais
Silvicultura
Pecuária
Agricultura Pastagens
Aqui-cultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos
Figura 2. Diagrama de uma bacia hidrográfica com intervenção humana.
As fontes energéticas renováveis diminuem e aumentam as fontes energéticas não-renováveis, isto é:
Ração feita com grãos da agricultura química que usa recursos não renováveis;
Resíduos animais; Infra-estrutura cara; Maquinaria; Eletricidade; Combustível; Produtos químicos.
Sol
Rocha
Vento
Água
superficial
Minerais e biomassa
Evapo-transpiração
Combustíveis fósseis, bens e
serviços
Indústria e atividades urbanas
subterrânea
NutrientesMatéria orgânica
Sedimentos
Órgãos estaduais regionais
População humana
Substâncias tóxicas
Pecuária
Agricultura Pastagens
Aqui-cultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos, perdas
Infor-mação
N e Patmosfera
Bio-diversidade
regionalChuva
Intemperismo
Correntes de ar
Produtos incluindo os da aquicultura
Figura 3. Diagrama resumido das interações de um sistema de aqüicultura.
Sol
Água da bacia, Sedimentos,
Matéria orgânica
VentoSolo e bio-diversidade
local
Evapo-transpiração
Serviços públicos e privados
População humana
Organização familiar e dos trabalhadores
residentes
Aqüicultura Curso-de-águaResíduos, dejetos, perdas
Infor-mação
N e Patmosfera
Bio-diversidade
regional
Chuva
Produtos da aqüicultura
Produtos agrícolas
Produtos pecuários
Insumos químicos
Substâncias tóxicas
Infra-estrutura
Infra-estrutura produtiva
Bens
Serviços para o exterior
Energia degradada
Serviços ambientais
Combus-tíveis e
eletricidade
Figura 4. Diagrama de fluxos de energia, materiais e informação.
Recursos renováveis da
natureza (diretos)
N1
Solo e biodiversidade
não reposta
Evapo-transpiração
Serviços da economia urbana (não renováveis)
Aqüicultura Curso-de-águaResíduos, dejetos, perdas
Recursos renováveis da
natureza (indiretos)
Produtos da aqüicultura
Materiais da economia urbana (não renováveis
N2
Infra-estrutura e organização
não repostaServiços para o exterior
Energia degradada
Serviços ambientais
Albedo
R1
R2M S
Figura 5. Diagrama resumido dos fluxos de energia, materiais e informação.
R
N
S
Aqüicultura Curso-de-águaResíduos, dejetos, perdas
Produtos da aqüicultura
M
Energia degradada
Serviços ambientais
Contribuições renováveis da natureza
Contribuições economia humana (materias e serviços) não renováveis
Contribuição não renovável da natureza
ENTRADASMUDANÇA NOS ESTOQUES INTERNOS
SAÍDAS
Figura 6. Diagrama de fluxos agregados de um sistema aqüícola.
As figuras anteriores ilustram o processo de identificação das forças que atuam sobre um sistema de aqüicultura instalado em uma bacia hidrográfica até obtenção do diagrama mínimo de fluxos agregados que permite discutir o tipo de forças que definem o comportamento biológico e energético do viveiro.
A figura seguinte mostra o vínculo dos indicadores emergéticos de desempenho (Tr, EYR, EIR, %Ren) com os fluxos agregados do sistema e a energia que ele libera para consumo externo.
R
N
Aqüicultura Curso-de-águaResíduos, dejetos, perdas
Produtos da aqüicultura
F
Serviços ambientais
ENTRADAS
MUDANÇA NO ESTOQUE
SAÍDAS
I = R + N
F = M + S
Y = I + F
E = soma (Ei)
EYR = yield ratio = ----YF
Saldo líquido de emergia
EIR = investment ratio = ----FI
Recursos pagos / Gratuitos
Ren = renewability = ----RY
Renováveis / Recursos totais
E = recursos energéticos produzidos
Tr = transformity = ----YE
Valor inverso da eficiência
Figura 7. Indicadores emergéticos de desempenho ecossistêmico.
A figura seguinte prevê o comportamento energético dos sistemas de aqüicultura ao se intensificar a intervenção humana a qual consiste basicamente na incorporação, cada vez maior, de recursos energéticos não renováveis derivados do petróleo, cujo preço é subsidiado.
Saldo líquido de emergia Recursos pagos / Gratuitos
Valor inverso da eficiência
Tr = transformity = ----YE
EYR = yield ratio = ----YF
EIR = investment ratio = ----FI
F = M + S
Renováveis / Recursos totais
Ren = renewability = ----RY
RN
F
RN
F
RN
F
N
R
Figura 8. Mudanças nos índices ao intensificar-se o uso de não renováveis.
Resultados
Chuva
Vento
Água da bacia
hidrográfica
Biomassa
Família do agricultor
Trabalho humano
Radiação solar
Reserva florestal
Biomassa
Produção de milho e soja
BiomassaSuínos em chiqueiros
$
BiomassaSuínos em
gaiolas
Viveiro de aquicultura
Esterco
Fertilizantes,Herbicidas,
Calcário
Eletricidade,Combustíveis derivados do
petróleoOutros
insumosImpostos
Milho e soja
Tilápia
Suínos
Efluentes com sedimentos e matéria orgânica
$
$
$
$
Energia degradada e dispersada
Esterco
Água
$
Figura 9. Viveiro integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
Tabela 1. Indicadores emergéticos e econômicos de viveiros alimentados com excrementos de suínos engaiolados na região Oeste de Santa Catarina (Cavalett, 2004).
Viveiros alimentados com diversas taxas de dejetos suínos
30 suínos/ha
60 suínos/ha
90 suínos/ha
Tr (sej/J) x 108 1,98 1,40 1,34
EYR 1,92 1,59 1,46
EIR 1,09 1,69 2.16
Rentabilidade 1,44 2,83 3,38
%Renovabilidade 48 32 30
Com pode se observar, ao se intensificar o uso de dejetos suínos o saldo emergético líquido (EYR) cai devido a que a participação dos recursos naturais diminui; da mesma maneira a taxa de rentabilidade aumenta e a renovabilidade cai muito. Os valores de EIR são discrepantes.A ração industrializada utilizada para alimentar os suínos é feita com soja que é produzida com fertilizantes químicos e pesticidas e por tanto possui uma baixa renovabilidade.
0
1
2
3
4
30 60 90
Tr x E8
EYR
EIR
Rentabilidade
Figura 10. Índices dos viveiros integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
Renovabilidade
0
20
40
60
30 60 90
Figura 11. Queda da renovabilidade ao intensificar um viveiro integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
As figuras 10 e 11 (Cavalett, 2004) confirmam as previsões (Figura 8) dentro de um intervalo reduzido de opções tecnológicas, pois não foram incluídas a opção natural nem opções com maior uso de maquinário e produtos químicos.
Como não se premiam os serviços ambientais nem se contabilizam as externalidades negativas, a intensificação aumenta a rentabilidade da micro-empresa sacrificando o ambiente e o futuro da sociedade (menor renovabilidade)
Observações
A aqüicultura integrada a suinocultura começou como uma atividade marginal dos pequenos agricultores familiares da região Oeste de Santa Catarina, da qual eram totalmente responsáveis. Desta forma durante parte do tempo de trabalho deixavam de atuar como simples prestadores de serviços para as grandes empacadoras de carne de aves e suínos e se beneficiavam de um investimento próprio.
A adoção dos viveiros permitiu aos agricultores-suinocultores obter um lucro adicional e em alguns casos participar também do benefícios da venda direta do peixe e de seu processamento industrial.
A percentagem de esterco utilizado na piscicultura é relativamente pequena e não resolve o problema do excesso de esterco que em muitos casos é jogado no rio mais próximo, causando impactos ambientais de diversos tipos.
A região excede em 100 vezes sua capacidade de suporte natural (300 em vez de 3 suínos por hectare).
Trata-se de um problema de gestão da bacia hidrográfica que tem que ser resolvido com a participação de todos os envolvidos (agricultores, empresas centros de pesquisa, governo).
Como o problema é grave e complexo deve considerar-se a possibilidade de metas ou etapas sucessivas até resolver definitivamente o problema da poluição dos recursos hídricos.
Esse mesmo problema pode se repetir nas regiões de expansão da produção de milho e soja no Centro-Oeste do Brasil onde se criam as condições para utilizar os grãos para engordar aves e suínos ... e peixes! E de se repetir o fenômeno da poluição dos recursos hídricos.A solução seria planejar antecipadamente parques industriais ecológicos com áreas destinadas a absorção do impacto ambiental gerado pelo acúmulo de dejetos fecais dos animais criados em confinamento.
A figura seguinte mostra a forma como a civilização urbana coloca pressões aos agrupamentos rurais para mudar a forma de uso dos recursos naturais locais, para diminuir o atendimento a população local e orientar a produção para o mercado externo.
R
Investimentos, empréstimos, produtos químicos, maquinário
Forças ideologicas
Recurso hídrico utilizado para produzir peixes
Solo e micro-biota
Saída de recursos piscícolas para consumo externo
$: Estoques e fluxos monetários
Produtos químicos industriais
Atmosfera
Atmosfera local (microclima)
Biodiversidade regional
R
Biomassa e biodiver-
sidadeLagoa natural ou viveiro de aqüicultura
Forças sociais
ecológicas
Forças sociais anti-ecológicas
Infra-estrutura
$
$
Empresas de tecnologia e
comércioProcessamento
e consumo
Auto-suficiência
$
Figura 12. Pressões para mudar a forma de uso dos recursos naturais.
Modelagem da dinâmica de um sistema de aqüicultura.
Y = Fluxo de energia solar absorvido
Sol
E = Fluxo de energia dentro do sistema
Q = Energia dispersada nas transformações
F = Feedback dentro do sistema
Resíduos
Decom-positores
Ciclagem de nutrientes dentro do sistema
Ep = Energia produzida pelo sistema
Ep1
Ep2
Feedback externo
F1
F2
Nutrientes externos
Ep3
Y = Fluxo de energia solar absorvido
Sol
E = Fluxo de energia dentro do sistema
Q = Energia dispersada nas transformações
F = Feedback
F = Feedback
Resíduos
Produto
Resíduo
Feedback
Feedback
Fluxo de energia solar absorvido
Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Fluxo de energia solar absorvido
Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Ciclos de produção e consumo na pscicultura
Sistema natural
Sistema de aquicultura
simples
Sistema de aquicultura mais
intenso
Sistema de aquicultura super
intensificado
Retorno aos níveis de maior renovabilidade
Produtividade
Tempo
Capacidade de suporte natural (máxima renovabilidade e diversidade)
Capacidade de suporte aumentada artificialmente usando recursos não-renováveis
Retorno ao desenvolvimento sustentável
Uso de petróleo e seus derivados na produção, consumo e tratamento
O ciclo adaptativo contém quatro fases: exploração (organização em um novo sistema político e social), conservação (manutenção e proliferação do novo sistema), desagregação (revolução) e reorganização (mudança de regime e novo paradigma). O sistema alcança seu maior potencial de uso humano no fim da conservação, por outro lado, nesse momento ocorre a maior perda de biodiversidade. O sistema natural se recupera na fase de reorganização.
Dinâmica de sistemas (Holling, 1986)
Oligotrofia
Mesotrofia
Hipertrofia
Distrofia
Eutrofia
Cavalett, Otavio 2004. “Análise Emergética da piscicultura integrada a criação de suínos e de pesque-pagues”. Tese de mestrado, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Unicamp. http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/Tese-OtavioCavalett.pdf
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