Circulação de água em viveiros e açudes:

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2 Circulação de água em viveiros e açudes: fundamentos e benefícios Por: Fernando Kubitza, Ph.D. Acqua Imagem Serviços em Aquicultura fernando@acquaimagem.com.br A aeração de viveiros e açudes proporciona maior segurança e meios de aumentar a produtividade no cultivo de peixes e camarões, sendo um importante fator para reduzir custos e aumentar a lucratividade nas fazendas aquícolas. De um modo geral, os aquicultores utilizam aeradores de pás ou bombas verticais (chafariz ou fonte) para prover a aeração em açudes e viveiros. A aeração geralmente é aplicada durante a madrugada ou quando o oxigênio atinge limites críticos, geralmente abaixo de 3 mg/litro. Assim, a aeração noturna é a prática mais comum na maioria das fazendas de cultivo. Porém, os recentes aumentos no custo da energia têm tornado a aeração cada vez mais onerosa, especialmente para aquicultores que não contam com o benefício da tarifa reduzida (de irrigante ou aquicultor). Há, no entanto, uma estratégia eficiente de incorporação de oxigênio na água dos viveiros e que pode ajudar a reduzir o tempo de aeração noturna aplicada nas pisciculturas. Trata-se da circulação de água. O princípio básico da circulação de água é deslocar a água da superfície (mais rica em oxigênio) para o fundo dos viveiros e açudes, de modo a enriquecer a água do fundo, geralmente desprovida de oxigênio. A circulação de água, além de aumentar a reserva total de oxigênio em um viveiro, aumenta a eficiência e velocidade de decomposição dos resíduos orgânicos no fundo dos viveiros, provendo oxigênio suficiente para que ocorra completa oxidação da matéria orgânica e de substâncias reduzidas potencialmente tóxicas, como a amônia, o nitrito, o gás sulfídrico e o gás metano, de ocorrência comum na água do fundo dos viveiros. A circulação de água deve ser realizada nos horários de pico de fotossíntese, quando a água de superfície já se encontra supersaturada com oxigênio. Os fundamentos e benefícios da circulação de água nos viveiros de cultivo de peixes e camarões serão apresentados e discutidos neste artigo. 14

3 Luminosidade, fotossíntese e oxigênio: estratificação da água em um viveiro ou açude Luminosidade Fotossíntese Estrato aeróbico Estrato anaeróbico Figura 1. Estratificação da água em um açude: declínio da intensidade de luz (luminosidade), da taxa fotossintética (fotossíntese) e da concentração de oxigênio (O 2 ) da superfície para o fundo O que é a estratificação da água de um viveiro? Nos viveiros e açudes a água invariavelmente apresenta estratificação. A estratificação da água é tanto de caráter físico (gradiente de temperatura e densidade), como químico (gradiente de oxigênio, gases, metabólitos tóxicos e nutrientes). Pelo fato da radiação solar incidir diretamente sobre o viveiro, a água superficial se aquece durante o dia. Dias seguidos de calor fazem com que a temperatura da água da superfície se torne cada vez mais elevada, estabelecendo um gradiente de temperatura entre a água da superfície e a do fundo. A diferença em temperatura e, consequentemente, densidade entre a água da superfície e de fundo é o que sustenta a estratificação de um viveiro ou açude (Figura 1). A água mais quente e, portanto, mais leve, fica na superfície, enquanto a água mais fria (mais pesada) se mantém no fundo dos viveiros. Quando entramos em um viveiro, rapidamente percebemos a existência dessa estratificação térmica. A estratificação também é química A fotossíntese é mais intensa nas águas superficiais, devido a maior luminosidade e maior concentração de microalgas (fitoplâncton) nos estratos superiores de um viveiro. Através da fotossíntese as microalgas removem gás carbônico, amônia e diversos nutrientes, ao mesmo tempo em que incorpora grandes quantidades de oxigênio na água. A intensidade de radiação solar, a taxa fotossintética e a produção de oxigênio diminuem gradualmente dos estratos superficiais ao fundo do viveiro (Figura 1). Como as microalgas precisam de luz para se desenvolver, elas se concentram mais nos estratos superiores do viveiro. Com isso, todos os dias a água superficial é enriquecida com oxigênio produzido pelo fitoplâncton. Enquanto isso, a água do fundo, que não recebe suficiente quantidade de luz, permanece com pouco oxigênio ou totalmente anaeróbica (sem oxigênio). A água de fundo acumula resíduos orgânicos e metabolitos tóxicos, como a amônia, o nitrito, o gás metano e o gás sulfídrico, entre outros produtos reduzidos e tóxicos originados na decomposição anaeróbica da matéria orgânica no fundo dos viveiros. "Os recentes aumentos no custo da energia têm tornado a aeração cada vez mais onerosa, especialmente para aquicultores que não contam com o benefício da tarifa reduzida. A circulção de água nos viveiros e açudes passa a ser, então uma estratégia eficiente de incorporação de oxigênio, que pode ajudar a reduzir o tempo de aeração noturna aplicada nas pisciculturas." Circulação Espécies em marinhas viveiros e na açudes Galícia 15

4 Circulação em viveiros e açudes "Na criação de peixes e camarões em viveiros e açudes, a transparência da água geralmente é baixa, ao redor de 20 a 60 cm (0,2 a 0, 6 m). Quanto menor for a transparência da água, menos luz entra em profundidade em um viveiro." Plâncton em excesso Risco da morte súbita das microalgas. Baixo oxigênio a noite e níveis tóxicos de amônia no final da tarde podem culminar com alta mortalidade no cultivo de peixes e camarões. 5 a 20 cm Transparência de água (Disco de Secchi) Plâncton muito denso Baixo oxigênio e níveis tóxicos de amônia podem reduzir o desempenho e a resposta imunológica entre peixes e camarões. Risco de doenças crônicas. 20 a 30 cm Plâncton adequado Baixo risco de déficit de oxigênio e toxidez por amônia. Desempenho e saúde dos peixes é favorecido. 40 a 70 cm Pouco plâncton Luz no fundo e favorece algas filamentosas e plantas aquáticas. Algumas espécies se sentem desprotegidas e ficam nervosas em água muito transparentes. >100 cm Figura 2. Transparência da água medida com o Disco de Secchi e risco de ocorrência de baixo oxigênio. Quanto mais denso for o fitoplâncton, mais acentuada será a estratificação do viveiro e maior será o volume de água com baixa concentração de oxigênio em um açude ou viveiro. Fundo pobre em oxigênio é mesclado com a água rica em oxigênio da superfície. Nesse segundo caminho, após elevar a água do fundo para cima, a água imediatamente acima do estrato que está sendo bombeado começa a ocupar o espaço que se criou, e a coluna d água do viveiro passa a descer gradualmente, elevando aos poucos a concentração de oxigênio em profundidade Abundância de plâncton e estratificação A transparência da água é medida com o Disco de Secchi (Figura 2) e serve como indicador da abundância de fitoplâncton na água e do risco de ocorrência de déficits de oxigênio em um açude. Na criação de peixes e camarões em viveiros e açudes, a transparência da água geralmente é baixa, ao redor de 20 a 60 cm (0,2 a 0, 6 m). Quanto menor for a transparência da água, menos luz entra em profundidade em um viveiro. Há uma relação direta entre a transparência da água e a profundidade em que a produção de oxigênio, através da fotossíntese (F), se equipara ao consumo de oxigênio na respiração (R). O equilíbrio F=R ocorre a uma profundidade próxima de 2,4 vezes a transparência da água. Assim, em um viveiro com 0,5 m de transparência de água, o equilíbrio F=R deve ocorrer perto de 1,20 m. Abaixo de 1,20 m a concentração de oxigênio declina rapidamente. Desse modo, quanto menor for a transparência da água, maior será o volume de água com baixo oxigênio no fundo dos viveiros. Em viveiros ou açudes mais profundos, a concentração de oxigênio na água praticamente zera em profundidades maiores que 2,5 m. Não somente o oxigênio pode estar zerado, mas é comum que esteja negativo abaixo dos 2,5 m. Oxigênio negativo significa que a água ou solo tem uma demanda adicional de oxigênio para oxidar substâncias reduzidas (nitrito, amônia, metano, gás sulfídrico, ferro, manganês e outros compostos). Essa demanda adicional de oxigênio é tecnicamente chamada potencial redox negativo. Os solos e a água do fundo dos viveiros têm potencial redox negativo. Explicando isso, se eu conseguir retirar uma amostra de água do fundo do viveiro sem que ela entre em contato com o ar, e colocar 16

5 essa amostra em um balde e injetar gás oxigênio nela com um difusor de microbolhas, a concentração de oxigênio na água, de leitura inicial zero, começa a subir (1, 2, 3 mg/l). Nesse momento eu paro de injetar o oxigênio e aguardo alguns minutos, e vou notar com novas leituras do oxigênio que o oxigênio declina e volta a zero de novo. Isso é a tal demanda de oxigênio ou oxigênio negativo. A única forma de incorporar oxigênio nos estratos mais profundos de um viveiro é através da circulação da água rica em oxigênio da superfície para o fundo. Em viveiros rasos a circulação de água pode ser promovida pelo vento. No entanto, em viveiros mais profundos, ventos normais não são capazes de promover uma eficiente circulação de água no viveiro. Nesse caso, é preciso provocar a mistura da água de superfície com a de fundo usando aeradores ou circuladores de água, como será discutido mais adiante. Também podemos usar um caminho inverso para incorporar oxigênio à água do fundo. Podemos elevar a água de fundo para os estratos superficiais (air lift, bombas submersas, bombas verticais). Assim, a água do fundo pobre em oxigênio é mesclada com a água rica em oxigênio da superfície. Nesse segundo caminho, após elevar a água do fundo para cima, a água imediatamente acima do estrato que está sendo bombeado começa a ocupar o espaço que se criou, e a coluna d água do viveiro passa a descer gradualmente, elevando aos poucos a concentração de oxigênio em profundidade. A estratificação da água de um viveiro ou açude: aspectos negativos e riscos Através da fotossíntese, as microalgas removem gás carbônico e nutrientes (N, P, K, Ca, Mg e micro elementos), ao mesmo tempo em que enriquecem as águas superficiais com oxigênio. Enquanto isso, nos estratos mais profundos, o pouco oxigênio disponível é rapidamente consumido com a decomposição dos resíduos orgânicos gerados na produção (microalgas mortas, fezes, sobras de alimento ou ração, muco, exoesqueletos, folhas, sementes, etc.). Desse modo, a água e solo no fundo dos viveiros ficam desprovidos de oxigênio. Sem oxigênio, a matéria orgânica depositada no fundo dos viveiros é decomposta de forma anaeróbica (i.e., fermentação). A decomposição anaeróbica dos resíduos orgânicos gera compostos tóxicos, como o gás metano, o gás sulfídrico (H 2 S), a amônia (NH 3 ), o nitrito (NO 2 ) e diversos metabólitos intermediários desse processo. Gás nitrogênio (N 2 ) e gás carbônico (CO 2 ) também estão presentes em altas concentrações nos estratos mais profundos. Assim, o fundo dos viveiros e açudes geralmente fica inóspito aos peixes e camarões, e repleto de nutrientes e substratos para o desenvolvimento de organismos patogênicos. Um fundo anaeróbico e com grande concentração de compostos tóxicos pode ser comparado a uma bomba relógio, armada para explodir a qualquer momento. Em viveiros rasos a estratificação da água é menos acentuada, pois os ventos geralmente promovem uma circulação e mistura da água de superfície com a de fundo. Porém em viveiros mais profundos, a estratificação da água pode ser bastante acentuada, impedindo uma mistura eficiente da água de superfície com a do fundo apenas com o vento. Em viveiros fundos, abaixo de 2,5 m de profundidade o oxigênio praticamente não existe. Quanto mais fundo for um viveiro, maior será o volume de água podre, anaeróbica e de baixa qualidade nos estratos mais profundos. Em açudes com cinco metros ou mais de profundidade próximo à barragem, o volume de água ruim do fundo geralmente supera o volume de água boa da superfície. "O fundo dos viveiros e açudes geralmente fica inóspito aos peixes e camarões, mas favorável para os organismos patogênicos. Um fundo anaeróbico e com grande concentração de compostos tóxicos pode ser comparado a uma bomba relógio, armada para explodir a qualquer momento." Circulação Espécies em marinhas viveiros na e açudes Galícia 17

6 Circulação em viveiros e açudes "A circulação de água pode ser usada para forçar a mistura da água da superfície com a água do fundo dos viveiros. Em dias ensolarados, as água superficiais ficam supersaturadas em oxigênio. Isso ocorre devido à alta eficiência com que as microalgas incorporam oxigênio através da fotossíntese." Área de menor risco caso ocorra uma mistura súbita de água de fundo com a da superfície. F<S Área de maior risco e impacto caso haja uma súbita mistura da água do fundo com a da superfície. F=3XS Figura 3. Açude com tanques-rede: a mistura súbita da água do fundo com a da superfície traz maior risco de mortalidade para peixes nos tanques-rede posicionados nas áreas de maior profundidade do açude, visto que o volume de água de má qualidade (estratos mais profundos) supera em muito o volume da água de superfície de melhor qualidade. O risco é menor para peixes em tanques-rede colocados em áreas mais rasas. Nas fotos, o registro de um episódio de morte de tilápias em tanques-rede em um açude de 4 hectares, devido a uma desestratificação súbita da coluna d água após um temporal. No momento em que avaliávamos os estragos, a concentração de oxigênio na superfície do açude era 0,07 mg/l Quando a estratificação de um viveiro ou açude é subitamente rompida, pode ocorrer déficit de oxigênio em todo o viveiro, ao mesmo tempo em que se elevam as concentrações de gás carbônico, metano, gás sulfídrico e de outros compostos tóxicos na água. Ventos fortes (vendavais / tormentas), grandes volumes de enxurrada, ou mesmo quedas acentuadas na temperatura da água de superfície após a entrada de frentes frias são condições que podem provocar uma mistura súbita da água de um açude (desestratificação de um açude). Quando isso ocorre, os peixes e camarões são pegos de surpresa e, muitas vezes, não conseguem nadar para um local com melhores condições de água no viveiro. Grande mortalidade de animais pode ocorrer após uma súbita desestratificação da água de um viveiro. Essa mortalidade é ainda maior no caso de peixes criados em tanques-rede em açudes profundos. Geralmente, os produtores que usam tanques-rede em açudes particulares, optam em colocar os tanques-rede nos locais de maior profundidade do açude. Nestes locais a proporção de água ruim no fundo é muito maior do que a de água boa na superfície (Figura 3). Além do mais, confinados nos tanques-rede, os peixes não podem se deslocar para outras áreas menos impactadas após uma eventual desestratificação e mistura da água do açude. A estratificação da coluna d água, portanto, limita a disponibilidade e reserva de oxigênio aos estratos superiores. A água de superfície, melhor oxigenada, representa menos da metade do volume de água em um açude ou viveiro. Durante o período noturno (onde somente ocorre consumo de oxigênio) a limitada reserva de oxigênio nos estratos 18

7 Viveiro estratificado Concentração de oxigênio (mg/litro) Viveiro após duas horas de circulação de água Circulação Espécies em marinhas viveiros na e açudes Galícia Perda de O 2 Profundidade (m) Ganho de O 2 Antes da circulação Após 2h de circulação de água Figura 4. Perfil de oxigênio na coluna d água em um pequeno açude (8.400 m 2 ) antes e após duas horas de circulação de água, aplicadas de 12:00 as 14:00 com dois aeradores de pás de 2 CV (4,76 CV/ha) superficiais é rapidamente consumida na respiração (plâncton, peixes, camarões, bactérias e outros organismos) e na oxidação de compostos reduzidos presentes na água dos viveiros. Para evitar déficits de oxigênio no período noturno, é preciso prover uma aeração suplementar da água dos viveiros. Circulação de água A circulação de água é uma estratégia que pode ser usada para forçar a mistura da água de superfície, rica em oxigênio, com a água desprovida de oxigênio do fundo dos viveiros. Em dias ensolarados, as água superficiais ficam, invariavelmente, supersaturadas em oxigênio. Isso ocorre devido à alta eficiência com que as microalgas incorporam oxigênio na água do viveiro através da fotossíntese. A fotossíntese é a forma mais rápida, eficiente e barata de incorporar oxigênio na água de um açude. Em dias ensolarados, nos horários de pico de fotossíntese, é comum registrar elevações de 2 mg/l/h (ou 2 g/m 3 /hora) ou mais na concentração de oxigênio nos estratos superficiais de água nos viveiros. Se considerarmos 1 hectare de viveiro (10.000m 2 ) e um estrato superficial de pelo menos 0,6 m, uma incorporação de 2 g de oxigênio/m 3 /hora equivale a 12 kg de oxigênio incorporados na água a cada hora. Em contraste, aeradores de pás ou bombas verticais incorporam entre 1 e 2 kg O 2 /CV/h. Portanto, para incorporar a mesma quantidade de oxigênio incorporada pela fotossíntese, seria necessário aplicar uma potencia de aeração de 6 a 12 CV/ha. Ainda há que se considerar que a fotossíntese é capaz de supersaturar uma água com oxigênio, à semelhança de uma mangueira microporosa difundindo gás oxigênio em uma caixa de transporte de peixes. Com o uso de aeradores mecânicos, no entanto, seria possível alcançar, na melhor das hipóteses, o ponto de saturação (aproximadamente 7,2-7,8 mg/l a 28ºC). E isso com um alto uso e custo de energia, visto que quanto mais próximo da saturação a água se encontra, menor fica a eficiência de transferência de oxigênio via aeração mecânica. A estratégia mais eficiente de enriquecer a água de fundo com oxigênio, e assim aumentar a reserva total de oxigênio em um viveiros ou açude, é a circulação de água, deslocando a água de superfície (supersaturada com oxigênio), em direção á água do fundo do viveiro (pobre em oxigênio). A circulação de água deve ser realizada nos horários de intensa fotossíntese é (Figura 4). 19

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9 Chafariz (bomba vertical) Aparatos para circular a água em um açude Aerador de palhetas Bomba submersa Soprador de ar e air lift Circulação Espécies em marinhas viveiros na e açudes Galícia Figura 5. Aeradores tipo chafariz com uma tubulação de 150 mm que possibilite a sucção da água do fundo; Aeradores de palhetas, que empurram a água da superfície, fazendo com que essa se misture à água de fundo. Bombas submersas e sistemas de air lift, que empurram a água do fundo para a superfície Como promover a circulação e mistura da água? A circulação de água deve ser feita nos horários de pico de fotossíntese. A água pode ser circulada tanto no sentido descendente, como ascendente. Para circular a água de superfície em direção à água do fundo, de cima para baixo em um viveiro, podem ser usados aeradores de pás, aeradores do tipo propulsor (propellers), circuladores de água e, até mesmo, bombas de água succionando a água de superfície e pressurizando essa mesma água em direção ao fundo. Para circular a água de fundo para a superfície (de modo que a água pobre em oxigênio entre em contato com a água supersaturada da superfície) é possível usar bombas submersas, sistemas com air lift e até mesmo bombas verticais (aeradores do tipo chafariz ), acopladas dentro de tubos que se estendem até o fundo dos viveiros (Figura 5). Conclusão: Como pudemos verificar nesse artigo, são muitos os benefícios que os aquicultores brasileiros podem esperar quando utilizam o sistema de circulação diária de água em seus viveiros, sejam eles de cultivo de peixes ou camarões: Decomposição mais rápida e aeróbica da matéria orgânica no fundo dos viveiros. Melhora geral na qualidade da água e do solo do fundo dos viveiros. Dificulta a ocorrência de forte estratificação física e química nos viveiros, minimizando os riscos de mortalidade de peixes associados a essa estratificação. Aumenta a reserva total de oxigênio no viveiro, diminuindo o número de horas de aeração noturna necessárias para evitar déficit de oxigênio nos viveiros. Isso traz considerável economia ao produtor. Aumenta o volume de viveiro que pode ser explorado pelos peixes ou camarões, bem como a qualidade do ambiente, com consequente benefício ao crescimento, conversão alimentar e saúde dos animais. Aumenta a produtividade das microalgas, reciclando mais rapidamente os nutrientes gerados na produção e aumentando a disponibilidade de alimentos naturais. Alimentos naturais como as microalgas, o zooplâncton e os organismos bentônicos (de fundo) servem como fontes de nutrientes e de fatores de saúde para diversas espécies de peixes e camarões. Aumento geral na sobrevivência dos animais ao longo do cultivo. 21