INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO TRIÂNGULO MINEIRO Campus Uberaba MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE SISTEMA AQUAPÔNICO COM BIOFLOCOS UBERABA, MG 2016 1
PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA Desenvolvimento e avaliação preliminar de sistema aquapônico com Bioflocos Dissertação apresentado ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro - Campus Uberaba como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos. Orientadora: Profa. Dra. Claudia Maria Tomás Melo UBERABA, MG 2016 2
PAULO ROBERTO DIAS DA SILVA Desenvolvimento e avaliação preliminar de sistema aquapônico com Bioflocos Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro Campus Uberaba, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciência e Tecnologia de Alimentos. Aprovada em / / BANCA EXAMINADORA Profa. Dra. Claudia Maria Tomás Melo IFTM - Campus Uberlândia (Orientadora) Profa. Dra. Nara Cristina de Lima Silva IFTM - Campus Uberlândia Profa. Dra. Vicelma Luiz Cardoso UFU - Universidade Federal de Uberlândia 3
Dedico esse trabalho aos meus pais e irmãos, os quais sempre me apoiaram na conquista deste título tão almejado. 4
AGRADECIMENTOS Agradeço a minha orientadora Profa. Dra. Claudia Maria Tomás Melo, pelas inúmeras orientações, pela ajuda, apoio, incentivo e por toda a sua experiência que obtive ao longo do mestrado. Não há palavras para a expressar minha gratidão. Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro Campus Uberaba, que contribuíram para a minha formação. Aos professores, Prof. Dr. Wilson Wasielesky Jr. e Prof. Dr. Dariano Krummenauer pela oportunidade de trabalhar na equipe e por participar do Projeto Camarão da FURG. Ao André Freitas e Aline da Costa Bezerra pela constante ajuda com o experimento durante o estágio que realizei na FURG na aprendizagem do sistema de bioflocos. A todos os técnicos e funcionários, em especial ao Wilson Boitrago, que concedeu apoio para a realização deste projeto. Enfim, agradeço a toda minha família e aos amigos por todo apoio e compreensão recebidos ao longo do mestrado. 5
RESUMO O acúmulo de compostos nitrogenados, nos cultivos intensivos na aquacultura com fins comerciais, pode ocasionar efeitos nocivos ao meio ambiente, como a eutrofização das águas receptoras desses dejetos, entre outros, afetando a sobrevivência de outros animais, sendo, também, nocivo aos animais que ali estão sendo criados. Pesquisas estão sendo desenvolvidas para minimizar esses impactos no ambiente e, para tanto, uma tecnologia que está em desenvolvimento é o sistema BFT (Biofloc Technology System), na qual os produtos nitrogenados gerados são transformados, pelas comunidades bacterianas autotróficas e heterotróficas, em proteína microbiana e em nitrogenados menos tóxicos para a aquicultura, neste caso o nitrato. Existem técnicas que aproveitem esses compostos e auxiliam no processo de transformação dessas substâncias nitrogenadas. A aquaponia é uma técnica que está sendo utilizada em pequena escala; nessa técnica, utiliza-se a criação de animais da aquicultura (peixes, camarões, etc.) por meio dos nitrogenados gerados para o cultivo de plantas. Nesse cenário, o presente trabalho procurou estabelecer uma nova tecnologia, unindo estas duas técnicas, a de BFT e a Aquaponia, com o intuito de reduzir os nitrogenados gerados pela criação na aquacultura intensiva e a aquaponia. O presente estudo foi realizado no IFTM - Instituto Federal do Triangulo Mineiro Campus Uberlândia (zona rural) - local em que foi realizado um protótipo com 4 tanques, sendo dois com hidroponia e Bioflocos e dois apenas com Bioflocos. Para o controle da água dos tanques foram realizadas análises diárias de ph, Temperatura (Cº), Condutividade e Oxigênio (OD) dissolvido. Também foram monitorados os parâmetros Amônia Total, Nitrito, Nitrato, Alcalinidade, Cor e Turbidez no sistema. Os resultados experimentais demonstraram pouco aumento de biomassa da cultura de alface, bem como reduzido desenvolvimento das tilápias cultivadas, indicando a pouca viabilidade deste sistema no início do processo do desenvolvimento do sistema de bioflocos. Quanto aos nitrogenados dos tanques, evidenciou-se o declínio do teor de amônia como a formação de nitrito e nitrato no meio. Palavra Chave: BFT, Biofloco, Aquaponia, hidroponia. 6
ABSTRACT The accumulation of nitrogenous compounds in intensive crops in aquaculture for commercial purposes, can cause harmful effects to the environment, such as eutrophication of receiving waters such waste, among others, affecting the survival of other animals, and is also harmful to animals there are being created. Searches are being developed to minimize these impacts on the environment and, therefore, a technology that is being developed is the BFT system (Biofloc Technology System), in which the generated nitrogen products are transformed by autotrophic and heterotrophic bacterial communities in microbial protein and less toxic to aquaculture nitrogen, in which case the nitrate. There are techniques that take advantage of these compounds and assist in the process of transformation of nitrogenous substances. Aquaponics is a technique that is being used on a small scale; this technique uses the creation of aquaculture animals (fish, shrimp, etc.) through the nitrogen generated for the cultivation of plants. In this scenario, this study sought to establish a new technology, combining these two techniques, the BFT and Aquaponics, in order to reduce nitrogen generated by the creation in intensive aquaculture and aquaponics. This study was conducted in IFTM - Federal Triangulo Mineiro Institute - Campus Uberlândia (countryside) - where it was made a prototype with 4 tanks, two with hydroponics and Bioflocos and two only Bioflocos. To control the water tanks were carried out daily analysis of ph, temperature (Cº), Conductivity and Oxygen (DO) dissolved. the Total Ammonia parameters, Nitrite, Nitrate, Alkalinity, Turbidity and color in the system were also monitored. The experimental results showed little increase in lettuce crop biomass and reduced development of cultured tilapia, indicating little feasibility of this system at the beginning of the process development bioflocos system. As the nitrogen tank, evidence of the decline of content as ammonia to nitrite and nitrate formation in the medium. Key-words: BFT, Biofloc, Aquaponic, hydroponic. 7
FIGURAS Pg. Figura 01 - Esquema da montagem do sistema de aquoponiahidroponia Figura 02: Variações médias das concentrações de amônia total (mgl -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes Figura 03: Variações médias das concentrações de Nitrito (mgl -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes Figura 04: Variações médias das concentrações de Nitrato (mgl -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes Figura 05: Variações da condutividade elétrica (µs.cm-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes nos tanques T01, T02, T03 e T04 23 32 33 34 35 Figura 06: Cor (PtCo) da água nos tanques com bioflocos 36 Figura 07: Turbidez (NTU) da água nos tanques com bioflocos 36 Figura 08A e 08B - Turbidez no Sistema de Bioflocos após 32 dias 37 Figura 9A e 9B - Ilustração das plantas (alface) acopladas ao sistema aquopônico com bioflocos após o fim do ciclo 38 Figura 10 - Peso da biomassa do cultivo da alface no fim da pesquisa. 39 Figura 11 - Variação média de peso (g) de peso dos peixes no fim da pesquisa preliminar. 39 Figura 12 Dados dos peixes mortos durante o experimento 40 8
TABELAS Pg. Tabela 01 - Porcentagem de carbono e fator de equivalência das diferentes fontes de carbono 29 Tabela 2 Parâmetros físicos e químicos da água (médias ± desvio padrão). 29 Tabela 03: Médias ± Desvio padrão dos valores do desempenho zootécnico dos peixes no período de 15/02/2016 a 16/03/2016 31 9
SUMÁRIO Pg. 1 - Introdução 12 2 Objetivos 14 2.1 Objetivo Geral 14 2.2 Objetivos Específicos 14 3 Revisão da literatura 14 3.1 - Piscicultura extensiva 14 3.2 Piscicultura Semi-intensiva 15 3.3 - Piscicultura intensiva 15 3.4 - A aquacultura 16 3.5 Hidroponia 18 3.6 - Aquaponia 19 3.7 - Bioflocos 21 4.0 Material e Métodos 22 4.1 Local do experimento 22 4.2 - Montagem do sistema de Aquaponia 22 4.3 - Análises físicas e químicas da água do sistema de aquoponia 24 4.3.1. Coleta de amostra para análises físicas e químicas 24 4.3.2 - Medidas de ph, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e 24 Condutividade 4.3.3 - Adição de Carbono 25 4.3.4 - Determinação de turbidez 25 4.3.5 - Determinação da cor 25 4.3.6 - Nitrito e nitrato 26 4.3.7 - Amônia Total 26 4.3.8 - Alcalinidade 26 4.4 - Fases de desenvolvimento do sistema de aquoponia 27 4.4.1. Fase 1: Partida do sistema 27 4.4.2 Fase 2: Formação dos bioflocos 27 4.4.3 Adição fonte de carbono 28 10
5 Resultados 29 5.1 Parâmetros físicos e químicos da água 29 5.2 - Biometria 31 5.3 Análises de Amônia, Nitrito, Nitrato, Condutividade, Cor e 31 Turbidez 5.4 - Desenvolvimento das mudas de alfaces a partir da água da 37 piscicultura 5.5 - Biometria dos peixes no sistema de bioflocos 39 5.6 - Desenvolvimento das tilápias no sistema aquopônico 40 6 Conclusão 40 7 Referências Bibliográficas 42 11
1 Introdução No Planeta, a água, um recurso cada vez mais escasso, pode representar mais de 70% do peso dos organismos vivos, terrestres e aquáticos. Nesse sentido, a água é o recurso natural mais importante, sendo essencial para a sobrevivência e desenvolvimento de todos os organismos vivos (SCHOREDER et al, 1991). Com a necessidade de utilizar novas tecnologias para suprir o consumo de água com o crescimento populacional mundial, técnicas foram desenvolvidas para auxiliar a produção na aquicultura em que a exploração dos recursos naturais está a cada dia mais intensivo e assim proporcionando um desequilíbrio dos recursos aquícolas mundial (AMBIENTE, 2013). A aquaponia pode ser definida como a criação integrada de peixes para a alimentação associada ao cultivo de hortaliças. O reuso da água para a hidroponia, cultivo de plantas sem solo, utiliza os minerais disponibilizados no sistema de aquoponia para a nutrição das plantas (BERNSTEIN, 2011), sistema que busca a sustentabilidade. A aquaponia, acoplada ao sistema de hidroponia, ao reciclar os nutrientes dos peixes para as plantas, também contribui para se produzir alimentos com menor impacto ao meio ambiente (SILVA et al, 2010). Na aquaponia, os peixes disponibilizam a maioria dos macronutrientes (carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre, nitrato, amônia e magnésio) e micronutrientes (boro, cobre, ferro e manganês) os quais as plantas necessitam para o seu desenvolvimento (AMBIENTE, 2013), sendo que na hidroponia convencional os nutrientes estão disponíveis para as plantas, na forma de sais adquiridos em lojas especializadas, que recirculam no sistema até serem substituídos por uma nova solução (NOGUEIRA et al., 2002). A tecnologia de bioflocos, acoplada ao sistema de aquaponia, que são partículas orgânicas em suspensão na água, sobre a qual se desenvolvem microrganismos (microalgas, protozoários, rotíferos, fungos, oligoquetos, bactérias heterotróficas e autotróficas) (JANDAKOT; BERRIGAN, 2011), possibilita a intensificação da aquicultura, serve como fonte suplementar de alimento, melhorando a conversão alimentar, sem comprometimento da qualidade da água (AVNIMELECH, 2009). A criação de peixes em sistemas com bioflocos não necessita de filtros mecânicos ou outro tipo de sistema de 12
recirculação de água, tendo as bactérias como responsáveis pela depuração dos elementos nitrogenados, potencialmente tóxicos, produzidos pelos peixes, como amônia, nitrito e nitrato em sistema fechado (KUBITZA, 2011). O sistema aquapônico vem desenvolvendo um novo conceito no qual o desenvolvimento sustentável com a responsabilidade social e ambiental, tem aliado a novos designs inovadores para atender às necessidades do mercado. O sistema urbano mais difundido no Brasil é o de pequenos aquários, já nos Estados Unidos da América, Austrália e em alguns países asiáticos já se pratica essa modalidade de produção, em unidades maiores, há mais de 30 anos (JANDAKOT; 2011). A densidade de peixes por m³ é maior, o que faz com que a produção seja favorável à produção em grande escala, assim como a quantidade de resíduos gerada no processo de metabolismo e restos de ração, o que se torna um problema. A partir desta problemática iniciou-se o processo para analisar a capacidade do aproveitamento desses resíduos na hidroponia utilizando bactérias nitrificantes. No sistema de aquaponia o substrato 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 o seu reuso (BERNSTEIN, 2011). Várias formas de fontes de carbono podem ser usadas, sendo a mais utilizada o melaço de cana (na forma líquida ou em pó). O resíduo de bala de festa proveniente de açúcar líquido que é posteriormente solidificado em seu processo industrial. Sendo um açúcar simples e passado por processos industrializados e clarificado de consumo humano direto consolidado, facilita a dissolução do carbono no meio permitindo o crescimento bacteriano e proporciona uma menor turbidez na água em comparação ao melaço, melhorando o manejo do sistema (SUITA, 2009). Baseando-se na importância de produção sustentável, este trabalho teve o propósito em desenvolver um sistema piloto de aquoponia, utilizando bioflocos como forma de tratamento da água residuária gerada pelos peixes e diretamente colocado plataformas de isopor perfuradas, na perspectiva em utilizar os nutrientes gerados pelo sistema para a produção de alfaces. 13
2 Objetivos 2.1 Objetivo Geral Desenvolver um sistema de aquoponia, utilizando a água do sistema de bioflocos diretamente na produção de alfaces, tendo como foco a redução dos compostos nitrogenados gerados pela produção da piscicultura intensiva, e a produção de alface no mesmo sistema. 2.2 Objetivos Específicos - Montagem experimental de um de sistema de aquoponia (produção de peixe e alface) com bioflocos na fase inicial da formação dos bioflocos. - Avaliar a viabilidade técnica deste sistema em grande escala. 3 Revisão da Literatura 3.1 - Piscicultura extensiva A piscicultura está em pleno crescimento no mundo havendo possibilidades de ampliar a produção mundial de pescado, estabilizada em determinados momentos pelo limite da produção pesqueira, na sua maioria ainda é proveniente dos mares e oceanos. Por outro lado, é uma atividade causadora de potencial degradação ambiental (ABREU, 2012). A piscicultura extensiva é a forma mais utilizada nos países de criação em que o homem interfere o mínimo possível nos fatores de produtividade (apenas realiza o povoamento inicial do corpo d'água). Caracteriza-se pela impossibilidade de esvaziamento total do criadouro, impossibilidade de despesca, ausência de controle da reprodução dos animais estocados, presença de peixes e aves predadoras, ausência de práticas de adubação, calagem e alimentação, alimentação apenas da produtividade natural e, pela produtividade baixa, dificilmente ultrapassa 400 Kg/ha/ano (POLI, 2003). 14
A produção de peixes nesta modalidade depende principalmente de dois fatores (NASCIMENTO; OLIVEIRA, 2010): a) capacidade de suporte alimentar do ambiente, ou seja, da produtividade natural da água que depende da quantidade de nutrientes (fosfatos, nitratos e materiais orgânicos) da água e do solo; b) escolha de espécies adequadas; 3.2 - Piscicultura Semi-intensiva A piscicultura semi-intensiva caracteriza-se pela possibilidade de esvaziamento total do criadouro, ou o reuso da água por meio de tratamentos específicos, controle da reprodução dos animais estocados, ausência ou controle de predadores, presença de prática de adubação, calagem e, opcionalmente, uma alimentação artificial à base de subprodutos regionais, manutenção de uma densidade populacional correta durante o período de cultivo, sendo que a estocagem pode ser de 20 a 30 kg de peixe/m 3 para engorda, sendo a renovação de água de 50 a 100% por dia (FURTADO, 1995). Este sistema se caracteriza pela maximização da produção de alimento natural (fito e zooplâncton, bentos e macrófitas), a partir do aporte de minerais que pode ser feito com adubos orgânicos (esterco de bovinos, suínos, equinos, etc.) ou químicos (fontes de nitrogênio e fósforo), para servir como principal fonte de alimento dos peixes (NASCIMENTO; OLIVEIRA, 2010). 3.3 Piscicultura intensiva A piscicultura intensiva é o sistema de exploração mais utilizado atualmente no Brasil no qual os fatores de produção são controlados pelo homem (FURTADO, 1995). Caracteriza-se por apresentar densidade populacional elevada de peixes por volume d'água, alimentação artificial exclusivamente à base de rações balanceadas, necessidade de alto fluxo de água ou uma recirculação forçada devido à alta densidade populacional, apresenta alta produtividade, podendo 15
ultrapassar 90 kg/m 3, sistema racional de custo elevado, com mão-de-obra especializada e alto nível de mecanização (CAMPOS, 1998). No sistema intensivo os viveiros são planejados, escavados com máquinas e possuem declividade para facilitar o escoamento da água e despesca dos animais. Nesses sistema ocorre renovação da água, para suportar a biomassa de pescado estocada e carrear as excretas dos peixes para fora. Dependendo da disponibilidade e da qualidade da água pode-se estocar entre 1 a 100 peixes por m 2. O fluxo de água é controlado para manter, no mínimo, um teor de oxigênio dissolvido (OD) de 4 ppm (NASCIMENTO; OLIVEIRA, 2010) 3.4 - A aquacultura A aquicultura ou aquacultura é responsável por cultivar organismos aquáticos em condições controladas como temperatura, oxigênio da água, ideais para a criação de espécies comercialmente viáveis, podendo ser desenvolvida em água doce (aquicultura continental), ou em água salgada. (KUBITZA, 2011). A aquacultura e a pesca, nos últimos anos, obtiveram os maiores índices de produtividade, abastecendo o mercado mundial com cerca de 140 milhões de toneladas de peixes, ou 16,6 kg/per capita/ano. Desse total, a aquacultura já é responsável por aproximadamente 43% do mercado, enquanto nos anos 80, esse número era apenas de 9% (FAO, 2005). Existe uma tendência do aumento da aquacultura, pois se sabe que a pesca extrativista não consegue mais preencher a lacuna deixada por esse segmento no setor (CREPALDI et al, 2006). O uso racional da água é o desafio com que a humanidade tem se deparado no seu desenvolvimento humanístico, assim como os recursos naturais disponíveis no planeta (HUNDLEY, 2013). No Brasil os sistemas utilizados para a criação de peixes ainda é o chamado tanque escavado, porém nos últimos anos a atividade vem tomando um novo rumo com a criação de peixes em tanque rede nos reservatórios. Entretanto, esta atividade gera muitos resíduos deixando as águas contaminadas para consumo (RODRIGUES, 2013). 16
A aquacultura ainda possui vários problemas inerentes à sua natureza, em primeiro lugar ocupa uma grande quantidade de terra e utiliza um volume de água muito grande para produzir peixes gerando muitos resíduos sem tratamento (AMBIENT, 2013). Os efluentes gerados por intermédio das atividades de aquicultura sobre os ecossistemas aquáticos são: o aumento das concentrações de nitrogênio e fósforo nos corpos de água e o acúmulo de matéria orgânica nos sedimentos (ABREU, 2012). Os efluentes aquícolas são responsabilizados pela poluição da água por um excesso de materiais orgânicos e nutrientes que são passíveis de causar efeitos tóxicos agudos aos animais aquáticos e de longo prazo ao meio ambiente. Essas descargas contêm vários compostos orgânicos e inorgânicos, principalmente amônia, fósforo e carbono orgânico dissolvido (MCINTOSH et al, 2000). As características dos efluentes de aquicultura podem apresentar variações em função da espécie cultivada, intensidade do cultivo, manejo alimentar e nível de tecnologia empregada. Nesse sentido, a caracterização do impacto de cada cultivo sobre a água utilizada depende de avaliações individualizadas. Essa avaliação do impacto é fundamental para a melhoria do manejo, visando à produção de efluente com menores concentrações de nitrogênio, fósforo, material particulado em suspensão e demanda bioquímica de oxigênio (BIALLI et al, 2015). Em um sistema harmônico, o uso de agrotóxicos não é utilizado, os grandes problemas que existiam no início dos anos 40 quando foram introduzidos os primeiros agrotóxicos sintéticos, porém após várias décadas de uso intenso, tornou-se evidente que estes produtos químicos prejudicam outros organismos, desenvolvendo um desequilibro ecológico, comprometendo a cadeia alimentar de várias espécies e outras se alimentando de plantas contaminadas e repassando estes contaminantes para as suas espécies predadoras (ODUM, 1983). Em sistemas tradicionais os herbicidas podem entrar nos sistemas aquáticos por aplicação direta para controle de ervas daninhas, dispersão de aplicações aéreas ou terrestres, podendo ser transportados no solo e contaminar 17
cursos d água e águas subterrâneas por meio do escoamento superficial ou runoff e por lixiviação (ABREU, 2012). 3.5 - Hidroponia A hidroponia é uma técnica, desenvolvida por Allen Cooper em 1965 e originalmente denominada Nutrient Film Technique (NFT), que consiste na passagem de uma lâmina de solução nutritiva por um leito contendo as plantas (FURLANI, 1995). No cultivo hidropônico, ou fluxo laminar de solução, a solução nutritiva é bombeada em um reservatório passando pelas raízes das plantas nos canais de cultivo e voltando ao reservatório por gravidade (FAQUIN et al, 1998). Esse sistema tem revelado alto rendimento e reduções de ciclo em relação ao cultivo no solo (FURLANI, 1999). A hidroponia, termo derivado de duas palavras de origem grega, hidro = água e ponia = trabalho, é uma técnica que, segundo FURLANI (1998), está se desenvolvendo rapidamente como meio de produção vegetal, especialmente de hortaliças, pois é uma técnica alternativa de cultivo protegido, na qual o solo é substituído por uma solução aquosa, contendo apenas os elementos minerais necessários aos vegetais (OHSE et al, 2001) A técnica de hidroponia pode ser aplicada tanto em escala doméstica (pequenos vasos) bem como em escala comercial (grandes plantações em galpões). Uma das plantas mais produzidas nesse sistema é a alface, que é uma planta herbácea, da família Asteraceae, sendo considerada a hortaliça folhosa mais expressiva na alimentação do brasileiro (CARVALHO et al, 2005). Atualmente, os canais de cultivo não utilizam substratos e a sustentação das plantas é feita através de uma cobertura com orifícios (isopor, lona plástica de dupla face e tetrapack ) que também previne contra a entrada de luz e aquecimento do sistema radicular das plantas (TEIXEIRA,1996). O cultivo de alfaces no sistema hidropônico vem-se destacando muito no Brasil, especialmente pela sua viabilidade e a disponibilidade dos produtos em períodos de entressafra e garantindo uma regularidade em sua oferta para o consumidor brasileiro (CASTELLANE et al, 1994). 18
3.6 Aquaponia Aquaponia é uma simbiose integrada da piscicultura e da hidroponia, entre bactérias e absorção de nutrientes pelas plantas geradas pelas mesmas. Assim, quando se considera o tamanho do tanque de peixes, tem-se que levar em consideração o tamanho de todo o sistema, projetar e construir um sistema equilibrado (JAPAN, 2013). Os sistemas de aquaponia atuais têm auxiliado a resolução de problemas causados pelos excrementos dos animais aquáticos, pois não há geração de produtos químicos ou resíduos a serem liberados no meio ambiente; normalmente há a geração de resíduos orgânicos que podem ser direcionados para a hidroponia, fechando o ciclo sem desperdício de água (BERNSTEIN, 2011). As vantagens no sistema de aquaponia são indiscutíveis, pois utiliza-se resíduos para a produção de alimentos, com um menor custo e menor impacto ambiental, e todos com uma qualidade superior à convencional. Nesse sistema, consegue-se disponibilidade maior de alimentos, em uma área menor do que a convencional, utilizando-se uma quantidade de água reduzida para a produção de alimentos, o que é muito vantajoso haja vista que, a cada dia, há discussão sobre o uso racional desse elemento natural que é crucial para a vida (NOGUEIRA et al., 2002). O sucesso de um sistema de aquaponia está ligado à filtração biológica e a sua função em relação ao ciclo do nitrogênio, pois o elevado acúmulo de amônia, expelido pelos peixes, pode levar ao envenenamento, conhecido como Síndrome de New Tank, causando danos aos tecidos, especialmente às brânquias e ao rim dos peixes; além disso ocorrem desequilíbrios fisiológicos, o crescimento é prejudicado, há a diminuição da resistência a doenças e a morte (BERNSTEIN, 2011). O envenenamento por nitrito inibe a absorção de oxigênio pelas células vermelhas do sangue. Conhecida como doença do sangue marrom, ou metemoglobinemia, a hemoglobina nos glóbulos vermelhos é convertida em metemoglobina. Esse problema é muito mais grave em peixes de água doce do que em organismos marinhos. A presença de íons cloreto (Cl - ) tem como finalidade inibir a acumulação de nitrito no fluxo de sangue (ABREU, 2012). 19
Uma porção dos nutrientes fornecidos aos peixes na forma de alimento é absorvida por eles, sendo a maior parte expelida na forma sólida ou dissolvida em água o que, nos sistemas integrados, gera compostos nitrogenados que se aproximam dos valores encontrados em algumas soluções nutritivas para o cultivo de vegetais (BERNSTEIN, 2011), justificando o sistema aquapônico. Outro problema comum nesses sistemas é a remoção de partículas provenientes de alimentos não consumidos pelos peixes. Estima-se que mais de 60% dos alimentos disponibilizados no sistema fica disponível na forma de partículas; daí a importância de um bom sistema de filtração, pois, 87% do alimento fornecido normalmente não é aproveitado pelos peixes, sendo eliminado juntamente com as fezes, com CO2 e com a urina. Uma boa parte deste resíduo (30%) é sedimentável e o restante do material solúvel na água (PISICULTURA, 2008). O nitrogênio é o nutriente que está presente na água residual do sistema, sob a forma de N-orgânico, por meio das contínuas excretas dos organismos aquáticos, na forma de amônia. Essa forma de nitrogênio deve ser reciclada pela ação de bactérias nitrificantes, para ser mais perfeitamente aproveitada pelos vegetais, sendo que, para que a maior parte do nitrogênio seja convertido em nitrato por meio da nitrificação, a amônia (NH3), excretada pelos peixes, deve dissolver-se na água, formando o íon amônio (NH4 + ) (CORTEZ et al., 2009). Devido à rápida circulação da água nos sistemas integrados, a nitrificação pode ocorrer apenas parcialmente e em pequena taxa, razão por que, no biofiltro, devem ser utilizados areia, pedregulho, cascalho, conchas ou outros materiais como estruturas para fixar as bactérias que, em sua maioria, pertencem aos gêneros Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus e Nitrosovibrio. Além disso, deve-se reduzir a velocidade de circulação da água residual, para aumentar o potencial de nitrificação por meio de maior tempo de contato com as bactérias (GEE et al., 1990). Quando liberados, os dejetos da atividade da aquicultura modificam as características físicas, químicas e biológicas da água dos tanques ou viveiros, mas esses resíduos orgânicos, após ação microbiológica, fornecem nutrientes essenciais para o desenvolvimento de plâncton, podendo, quando em excesso, causar eutrofização do ambiente e alteração da composição de diversos organismos aquáticos (EMERENCIANO et al, 2013). 20
3.7 - Bioflocos O Sistema de bioflocos ou BFT (Biofloc Technology System) vem se popularizando nos últimos anos e foi recentemente considerado como uma técnica bem sucedida por ser sustentável pelo fato de não realizar trocas de água ao longo do cultivo (AVNIMELECH, 2007). O Sistema de Bioflcocos foi desenvolvido inicialmente nos anos 1970 pelo Ifremer - COP (Instituto Francês para a Exploração do Mar, Centro do Oceano Pacífico), com diferentes espécies de peneídeos incluindo Penaeus monodon, Fenneropenaeus merguiensis, Litopenaeus vannameie L. stylirostris (EMERENCIANO et al, 2013). O sistema com bioflocos é derivado de sistemas de recirculação da água, em que não se utiliza filtros mecânicos, nem filtros biológicos convencionais. Os resíduos orgânicos gerados na produção das fezes, o muco dos peixes e as sobras de ração são desintegrados e mantidos em suspensão dentro dos próprios tanques, servindo como substrato ao desenvolvimento de bactérias heterotróficas, rico em proteínas e outros nutrientes e absorvendo a amônia e mantendo a qualidade da água. (AVNIMELECH, 1999, MCINTOSH et al, 2000). A formação de bioflocos ocorre a partir da mudança da razão entre carbono e nitrogênio (C:N) dos cultivos de peixe que deve se manter entre 15 e 20:1. Isso estimula o surgimento de bactérias heterotróficas, posteriormente autotróficas nitrificantes, que fazem a assimilação em biomassa bacteriana ou a oxidação da amônia e assim toda uma sucessão microbiana até a formação dos chamados bioflocos (AVNIMELECH, 1999). Entretanto, essa comunidade microbiana pode demorar até seis semanas para se estabilizar no sistema (GABRIELE et al, 2013). As bactérias são encarregadas de depurar a qualidade da água, utilizando compostos nitrogenados potencialmente tóxicos aos peixes como a amônia, o nitrito e o nitrato para a síntese de proteína e biomassa microbiana, que enriquecem os bioflocos (ABREU, 2012). A tecnologia de bioflocos permite a utilização de altas densidades de estocagem e elevadas produtividades de peixes (10 a 200 kg m -3 ) (AVNIMELECH, 2005) 21
4.0 MATERIAL E MÉTODOS 4.1 Local do experimento O experimento foi realizado no setor de piscicultura do Instituto Federal do Triangulo Mineiro (IFTM) - campus Uberlândia localizado na Fazenda Sobradinho. 4.2 - Montagem do sistema de Aquaponia O protótipo do sistema de aquaponia foi realizado com quatro caixas d água de fibra de vidro, cada uma medindo 1,0 x 2,0 x 0,40 m, com capacidade de 800 litros de água, no setor de piscicultura do IFTM Campus Uberlândia. Para a primeira batelada dos experimentos foram colocadas 50 tilápias (Oreochromis niloticus) em cada tanque o peso médio foi de 67 g cada, e comprimento médio de 15 cm, visando obter produção de peixe e alface conjuntamente, sendo que a água da criação de peixe fornecerá nutrientes para o desenvolvimento do vegetal. Em todos os tanques promoveu-se o desenvolvimento de bioflocos com a presença de bactérias nitrificantes (Nitrosomonas e Nitrobacter) responsáveis pela remoção do nitrogênio amoniacal e do nitrito e pela incorporação em biomassa bacteriana, gerando nitrato a ser incorporado pelas plantas (AVNIMELECH, 2007). O sistema de aquoponia foi instalado em quatro taques denominados de tanque 01, tanque 02, tanque 03 e tanque 04 (Figura 01), sendo os espaçamento usuais em hidroponia de 0,25 a 0,30x 0,25 a 0,30 cm correspondendo a uma densidade de 11 a 16 plantas por m² (MARINEZ, 2005) e instaladas quatro placas de isopor perfuradas (seis perfurações em cada placa) para a locação das mudas de alface, num total de 24 mudas por tanque. Apenas nos tanques 02 e 04 foram feitos o plantio das mudas de alface após a partida do sistema, ou seja, quando o teor de amônia alcançava 1 mgl -1. No taque 01 e no tanque 03 apenas as placas de isopor foram instaladas, sem o plantio das alfaces. Em todas as perfurações do isopor foram colocados copos descartáveis com perfurações para que pudesse ocorrer o contato da raiz das plantas com a água do sistema contendo os bioflocos bem como para que 22
esses copos servissem de proteção às raízes das plantas de forma que não pudessem ser atacadas pelos peixes. A alimentação para a engorda foi realizada adicionando-se ração para alimentação Guabi pirá 32 (com 32% de proteína) com taxa de alimentação com orientação do fornecedor de 5% da biomassa. Considerando-se o sistema intensivo para a pesquisa, e sendo considerada a produtividade sugerida por AVNIMELECH 2005, utilizamos a densidade de estocagem de peixes de 40 Kg.m -3. Fonte: Paulo Dias, 2016. Figura 01: Esquema da montagem do sistema de aquoponia- hidroponia. As tilápias foram doadas pelo próprio Instituto Federal do Triangulo Mineiro-Campus Uberlândia. A estocagem foi definida pelo sistema intensivo. Para o sistema de aeração da água foi colocado um soprador de ar, com capacidade de produzir 2,0 m³/min com divisores para um ponto em cada caixa e com um metro de mangueira porosa com diâmetro externo de 1,5 polegadas e 23
interno de 1,0 polegadas. Essas mangueiras foram instaladas no fundo das caixas para o auxílio da oxigenação e formação dos bioflocos, e, consequentemente, a manutenção dos sólidos em suspensão, além da movimentação no sistema, proporcionando uma melhor oxigenação e a suspenção dos sólidos. Segundo Lima et al. (2015), o ph ideal para partida e manutenção do sistema de aquoponia deve ficar em torno de 6,5 a 7,5 e a alcalinidade acima de 20 mg.l -1, enquanto o teor de oxigênio dissolvido na água deve ficar em torno de 3,0 mg.l -1 a 7,0 mg.l -1, o que foi observado na pesquisa. 4.3 - Análises físico-químicas da água do sistema de aquoponia 4.3.1. - Coleta de amostra para análise físico e químicas As coletas de amostras de água nos tanques 01, 02, 03 e 04 foram realizadas com recipientes plásticos de 500 ml, higienizados. Todas as amostras coletadas foram identificadas e, então, levadas ao laboratório de Análises físicoquímicas do IFTM campus Uberlândia no prazo máximo de 1 hora. 4.3.2. - Medidas de ph, Temperatura, Oxigênio Dissolvido e Condutividade Para o controle da água do sistema foram realizadas análises diárias uma vez ao dia, de ph, temperatura (ºC), oxigênio dissolvido (OD) e condutividade (µs.cm -1 ) por meio do medidor multiparâmentro AK 88 da AKSO Brasil. O controle geral dos parâmetros físico-químicos da água é fundamental, pois podem afetar de alguma forma a sobrevivência, reprodução, crescimento, produção ou mesmo o manejo dos peixes, (Amônia Total, Nitrito, Nitrato, Cor, Turbidez, Alcalinidade) do sistema de aquaponia foi realizado duas vezes na semana no laboratório de análises físico-químicas do Instituto Federal do Triângulo Mineiro (IFTM), Campus Uberlândia. 24
4.3.3. - Adição de Carbono Análises prévias do resíduo de balas foram realizadas com a determinação do teor de carbono para a adição de carbono orgânico para a formação do floco microbiano. O início da produção de bioflocos aconteceu naturalmente no sistema a partir da existência de amônia, sendo a fonte de carbono, resíduos da indústria de alimentos, mais especificamente resíduos de balas JUNCO. A análise do teor de carbono orgânico foi realizada no laboratório de Química da Universidade Federal de Uberlândia em equipamento denominado CHN Analyser (Perkin Elmer Serie PE 2400), com o teor de carbono de 36,66 % deste resíduo de bala analisado. Esta fonte de carbono serve como fonte de energia para as bactérias que iniciam o processo de consumo de amônia, que é transformado em nitrito e posteriormente em nitrato, forma que é absorvida pelas plantas no sistema de aquoponia (KUBITZA, 2011). 4.3.4. - Determinação de turbidez Para a determinação de turbidez utilizou-se o método nefelométrico que baseia-se na comparação da intensidade de luz espalhada pela amostra, em condições definidas, com a intensidade da luz espalhada por uma suspensão considerada padrão. Para a determinação da turbidez das amostras (Tanque 01, 02, 03 e 04) foi utilizado turbidimetro Tecnopon TB-1000. Primeiramente foi realizada a calibração do equipamento com as soluções padrões em NTU (Nephelometric Turbidity Unity) (turbidez: 0,8, 80, 800 e 1000 mgl -1 ). Posteriormente à calibração, foi feita a leitura da turbidez das amostras em unidades nefelométricas de turbidez, com as devidas diluições, quando necessário. 4.3.5. - Determinação da cor A determinação de característica física devido a existência de substâncias dissolvidas como metais, matéria orgânica, plânctons, geralmente um indicador da presença destas substâncias e realizada por meio de espectrofotômetro 25
Hach DR 2800, zerando-se o aparelho com água destilada. Foi utilizado o comprimento de onda 455nm, gerando o resultado na escala cloroplatinato de cobalto (PtCo). 4.3.6. - Nitrito e nitrato A determinação de nitrito, nitrato e amônia foi realizada duas vezes por semana, em amostras provenientes dos quatro tanques em estudo. Foi utilizado o método espectrofotomérico proposto por BENDSCHNEIDER et al (1952), e Instituto Adolfo Lutz (2008), respectivamente para as análises de nitrito e nitrato, sendo as leituras de absorbância realizadas em especrofotômetro DR 2800 HACH. Para a determinação de nitrato a leitura da absorbância foi realizada em 205 nm. Para a construção da curva de calibração para determinação de nitrato foi utilizada solução de nitrato de potássio 10 mgl -1 com diluições de 1 a 10 mgl -1 e para a nitrito foi utilizado solução de nitrito de sódio anidro 0,345 g/l. 4.3.7. - Amônia Total O teor de amônia total foi realizado por meio do método da UNESCO (1983). Para a curva de calibração foram utilizadas soluções cloreto de amônio com concentrações variando de 1,0 mgl -1 a 10 mgl -1. A amônia no ambiente aquático pode apresentar-se em duas formas, ionizada (NH4+) e não ionizada (NH3). O balanço entre as duas formas é determinado principalmente pelo ph e, em menor grau pela temperatura. Com o aumento do ph, este balanço muda no sentido da forma NH3, aumentando exponencialmente sua proporção. Somente a forma NH3 é importante em termos de toxicidade. (LIN et al, 2001) 4.3.8. - Alcalinidade Para a determinação da alcalinidade das amostras de água dos Tanques foi utilizado o método da American Public Health Association (APHA, 1998). 26
Quando o ph atingia valores baixo de 6,5 eram adicionadas 0,05 g/l de cal hidratada para elevar o ph. (FURTADO, 2013) A alcalinidade da água é representada pela presença dos íons hidróxido, carbonato e bicarbonato, a importância do conhecimento das concentrações desses íon permite a definição de dosagens, todos os íons causadores da alcalinidade tem características básica. (FURLANI, 1998) 4.4 - Fases de desenvolvimento do sistema de aquoponia 4.4.1. - Fase 1: partida do sistema Durante a partida do experimento (os três primeiros dias iniciais) foi adicionado a fonte de carbono orgânico na relação 20:1 (C:N) e mantido o ph em torno de 7,0 (AVNIMELECH, 1999). Esta relação foi calculada baseando-se na quantidade necessária para a formação inicial dos bioflocos, neste caso seguindo a metodologia sugerida por AVNIMELECH, 1999, a seguir foram realizados os cálculos, foi adicionado 35 g de resíduos de bala de festa JUNCO uma vez ao dia durante os três primeiros dias. Após este período no sistema, foram adicionados resíduos de bala JUNCO (fonte de carbono), sempre após as análises semanais de Amônia total, realizadas no laboratório do IFTM. 4.4.2 Fase 2: Formação dos bioflocos A partir do quarto dia de experimento, a adição da fonte de carbono orgânico (resíduo de bala) foi realizada em função do teor de Amônia Total no meio, obtido nas análises realizadas em laboratório de análises físico-químicas. Sempre que a concentração de amônia total nos tanques chegava acima de 1 mgl -1 foi adicionado a fonte de carbono orgânico (resíduos de bala JUNCO ) na relação 10:1 (C:N) (SAMOCHA et al. 2007 e TACON, 1987), para que houvesse a redução da carga desta substância que é tóxica para os peixes acima desta concentração. (AVNIMELECH, 1999). Colocado alfaces a partir do momento em que a concentração de amônia total chegasse acima de 1,0 mgl -1, 27
isto ocorreu logo na primeira análise após o terceiro dia de experimento, realizado em laboratório. A formação do floco ou agregado microbiano ocorre a partir do acúmulo de matéria orgânica e da disponibilidade de oxigênio no sistema de produção, quando este é realizado em viveiros ou tanques revestidos com material impermeável e com mínima ou nenhuma renovação de água. (AVNIMELECH, 1999). 4.4.3 Adição fonte de carbono A adição de Carbono orgânico, após a primeira fase, foi realizada de acordo com os níveis de Amônia Total, obtidos a partir das análises realizadas no laboratório do IFTM (Instituto Federal do Triangulo Mineiro). O resíduo de balas JUNCO (respeitando a proporção de 10:1 (C:N) ) foi triturado e deixado de molho por 3 horas para ficar em estado líquido. Dez gramas de carbono orgânico são necessários para converter 1g de nitrogênio total na forma de amônia em proteína microbiana (EBELING et al., 2006; SAMOCHA et al., 2007; TACON, 1987) O princípio da tecnologia dos bioflocos é reciclar nutrientes através de uma elevada relação carbono/nitrogênio na água, com o intuito de estimular o crescimento de bactérias heterotróficas que convertem a amônia em biomassa microbiana, que pode suplementar a alimentação dos organismos cultivados (AVNIMELECH, 1999; AVNIMELECH,2007). Para calcular a quantidade de carbono orgânico (resíduo de bala de festa JUNCO ) para a conversão do nitrogênio total na forma de amônia (N-AT) foram estabelecidos os seguintes cálculos sugeridos por SERRA et al (2015). Correção (g)= (TAN) x C:N x EF x vol. TanK (L) / 1000 (TAN) = total nitrogênio amoniacal (mgl -1 ), C:N = C/N relação EF = Fator Equivalente (tabela 01) de carbono. Ex.: 1 mgl -1 (amônia) x 20:1 x 2,73 x 640 litros /1000 = 34,94 g de fonte 28
Tabela 01: Porcentagem de carbono e fator de equivalência das diferentes fontes de carbono Fonte de Carbono % Carbono Fator Equivalente Resíduo de bala (JUNCO ) 36,66 2,73 Melaço de cana 37,47 2,67 Dextrose 40,89 2,45 Farelo de arroz 43,36 2,31 SERRA et al, 2015 5 RESULTADOS 5.1 Parâmetros físicos e químicos da água As médias dos resultados obtidos para a temperatura ( C), oxigênio dissolvido (mg.l -1 ), ph e Alcalinidade (mgl -1 ) durante o período experimental (15/02 a 16/03) nos diferentes tratamentos (Tanque 1 a Tanque 4) estão apresentadas na Tabela 2. Tabela 2: Parâmetros físicos e químicos da água (médias ± desvio padrão). Tratamento Tanque 01* Tanque 02* Tanque 03* Tanque 04* Temperatura (ºC) 26,53 ± 1,55 26,65 ± 1,90 26,82 ± 1,90 26,95 ± 2,12 O.D (mgl -1 ) 5,85 ± 0,91 4,83 ± 1,48 5,02 ± 0,98 5,19 ± 0,84 ph 6,76 ± 0,10 7,07 ± 0,48 6,86 ± 0,52 6,91 ± 0,05 Alcalinidade 57 ± 41,24 113 ± 43,34 72 ± 38,02 82,5 ± 37,13 * Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces. O ph, em todos os tanques, foi próximo de 7,0 sendo em que alguns momentos foi necessária a adição de cal hidratada para elevar o ph dos tanques principalmente nos tanques que não continham o sistema de hidroponia, em que para o ph de 5 a 6 adicionava-se 200 kg de cal hidratado por 1.000 m 2 (KUBITZA, 1998) ou 0,05 g/l. (FURTADO, 2013) A temperatura ideal deve estar em torno de 24ºC a 27ºC, a alcalinidade desejada superior a 160 mgl -1, amônia inferior a 1,0 mgl -1 e nitrito inferior a 29
0,70 mgl -1 a 200 mgl -1 dependendo da espécie e qualidade da água pois a concentração de cloreto na água minimiza a toxidade letal, no qual o nitrito oxida o ferro presente na hemoglobina contida nas hemácias passando do estado ferroso (Fe 2+) para o estado férrico (Fe 3+), inviabilizando, assim, o transporte de oxigênio (KUBITZA, 1998). Segundo KNOTT (1962), as temperaturas mais favoráveis ao crescimento e produção de alface se situam entre 15ºC e 24ºC, sendo que a alface americana necessita da mínima de 7ºC. Como temperatura ideal para o seu desenvolvimento tem-se uma temperatura de 23ºC durante o dia e 7ºC à noite. Antônio (1998) afirma que temperaturas acima de 40ºC retardam gradativamente a absorção de nutrientes, enquanto a maior absorção é conseguida entre 25ºC e 30ºC. A temperatura ficou próxima a 26 C, em ambos os tanques, sendo que a temperatura ideal de crescimento das alfaces seria no máximo de 30ºC sendo que acima desta temperatura as plantas podem entrar no estágio reprodutivo, e de 6º C como mínima (MARTINEZ, 2005). Já os peixes de 20ºC a 32ºC sendo o ideal seria de 20ºC a 32ºC (RODRIGUES et al, 2013). Ficando o sistema com a temperatura média de 26ºC. O oxigênio dissolvido (OD) na água ficou, em quase todo o período da pesquisa, dentro do esperado que seria acima de 3,0 mgl -1 (Rodrigues et al, 2013), porém em alguns momentos houve queda de energia, tendo analisado pelo medidor multiparâmentro AKSO AK88, a redução drástica da oxigenação dos tanques e com isto a sobrevivência dos peixes reduzida em todos os tanques. Durante o período do experimento (15/02 a 16/03), o sistema que apresentou melhor desempenho em relação ao crescimento dos peixes foi o Tanque 01 (Tabela II), no qual não havia alfaces e a possível explicação para este comportamento é a maior disponibilidade de oxigênio dissolvido (OD) do meio durante o período de avaliação, não havendo o mesmo comportamento do Tanque 03 aonde também não havia alfaces. O pior desempenho da oxigenação foi o tanque 02, porém a sua alcalinidade foi a maior pelo fato da queda maior do ph assim teve que adicionar uma quantidade maior de cal hidratado. 30
Alcalinidade apresentou diferenças mais perceptíveis nos sistema com hidroponia nos tanque 02 e 04. Quando a alcalinidade atingia valores abaixo de 160 mgl -1 era realizada ajuste da alcalinidade do meio por intermédio da adição de cal hidratada (AVNIMELECH, 2012). Essa redução da alcalinidade era mais frequente nos tanques 01 e 03. O ajuste de ph era realizado para uma melhor absorção dos nutrientes pelas raízes das plantas, sendo que o ph ideal seria em torno de 6,0 a 7,0, conforme especificado por Martinez (2005). Para o desenvolvimento dos peixes, o ph ideal deveria ficar na faixa de 6,5 a 8,5 (Rodrigues et al., 2013), enquanto para o desenvolvimento dos bioflocos seria entre 7,0 a 9,0, conforme Van Wyk (1999). 5.2 - Biometria A biometria dos peixes (Tabela 03) mostra o crescimento em peso e em tamanho durante o período de avaliação. Tabela 03: Médias ± Desvio padrão dos valores do desempenho zootécnico dos peixes no período de 15/02/2016 a 16/03/2016 Tratamento Tanque 01* Tanque 02* Tanque 03* Tanque 04* Peso 67,93 ± 16,15 68,53 ± 16,76 69,2 ± 17,06 66,5 ±15,18 inicial Peso final 103,13 ± 34,32 76,76 ± 27,49 70,05 ± 17,19 72,24 ± 26,27 Tamanho 15,5 ± 1,16 15,64 ± 1,29 15,93 ± 1,19 15,58 ± 1,21 Inicial Tamanho Final 16,70 ± 1,87 15,10 ± 1,81 15,02 ± 1,20 14,91 ± 1,79 *Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces. Turbidez 5.3 Análises de Amônia, Nitrito, Nitrato, Condutividade, Cor e As Figuras 02 e 03 mostram o comportamento da concentração de amônia e nitrito nos tanques durante o período do experimento. 31
Amônia (mg/l -1 ) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 TQ1 TQ2 TQ3 TQ4 Tempo (dias) (Tanque 01 e 03 sem alfaces, tanque 02 e 04 com alfaces) Figura 02: Variações médias das concentrações de amônia total (mgl -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes. Conforme observado na Figura 02, o teor de amônia nos tanques elevou ao longo do tempo, conforme o esperado, isto se deve aos resíduos gerados pelos peixes provenientes de uma alimentação rica em proteínas, do fornecimento diário de ração (base 1-5% da biomassa) e da consequente produção de dejetos, e as sobras da ração fornecida (AVNIMELECH, 1999). Nos tanques 01 e 03, nos quais não foi realizado o plantio de alfaces, o teor máximo de amônia do sistema, após três dias da partida, foi de 2,6 e 3,02 mg.l -1, respectivamente, enquanto que nos tanques 02 e 04, tanques nos quais havia plantio das alfaces, o valor foi, respectivamente, 3,21 e 3,14 mg.l -1. A queda linear da concentração de amônia nos tanques 02 e 04 (sem alfaces) iniciaram-se 19 dias após a partida do sistema, diferentemente dos tanques 01 e 03 (com alfaces). Nesses tanques (01 e 03), a queda aconteceu 15 dias após a partida. O declínio da concentração de amônia (Figura 02) indica a formação de nitrito (Figura 03) no meio (AVNIMELECH, 1998). 32
Nitrito mg/l -1 ) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 TQ01 TQ02 TQ03 TQ04 Tempo (dias) Figura 03: Variações médias das concentrações de Nitrito (mg/l -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes Verifica-se que o aumento de nitrito no meio coincide com a queda do teor de amônia no 15º dia (Figura 02 e 03). Num sistema convencional de aquicultura (tanques escavados, tanques rede), os compostos nitrogenados do meio são retirados do sistema por renovação da água, diferentemente do que acontece no sistema com bioflocos no qual as bactérias presentes são estimuladas a transformarem os nitrogenados do meio em agregados microbianos ricos em proteínas, podendo ser utilizados como fonte de alimento para os animais aquáticos como as Tilápias (AVNIMELECH, 1998). A razão carbono-nitrogênio (C:N) no meio pode acelerar os processos que estimulam o desenvolvimento microbiano e com isto a redução das concentrações de amônia na água (AZIM et al., 2008). O comportamento da concentração e disponibilidade de nitrato nos tanques em estudo (Figura 04) mostra a presença desse composto, em pequenas quantidades, mesmo no início do experimento, com um teor máximo e tendendo a ficar constante coincidente com o período de queda da Amônia Total (após 15º dia do experimento) e o aumento do Nitrito e a redução da amônia nesse mesmo período. 33
Nitrato (mg/l -1 l) 25 20 15 10 5 TQ01 TQ02 TQ03 TQ04 0 Figura 04: Variações médias das concentrações de Nitrato (mg/l -1 ) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes Tempo (dias) Constata-se um comportamento similar entre os tanques 01 e 03, o que não ocorreu com os tanques 02 e 04, e isto pode ser explicado pela absorção de nitrato pelas plantas (alfaces) dispostas nesses tanques. No solo, a maior parte do nitrogênio absorvido pelas plantas está na forma de nitrato. No sistema hidropônico, o nitrogênio também é fornecido em sua maior parte sob a forma de nitrato,(faquin et al. (1994). A condutividade elétrica (Figura 05), em todos os tanques, apresentou valores crescentes em função do tempo, mas com menor intensidade nos tanques 02 e 04, os quais continham o plantio de alfaces, levando a crer que houve absorção de nutrientes pelas plantas. Como a condutividade mede a presença de íons em solução, supõem-se, em função dos resultados experimentais, que há formação de cátions e ânions ao longo do tempo em um sistema fechado de aquoponia e isto se deve provavelmente à formação dos compostos nitrogenados, gerados pelos peixes, resíduos da ração e também pela adição de cal hidratada (ajuste de ph). 34
15-Feb 17-Feb 19-Feb 21-Feb 23-Feb 25-Feb 27-Feb 29-Feb 2-Mar 4-Mar 6-Mar 8-Mar 10-Mar 12-Mar 14-Mar 16-Mar Condutividade elétrica (µs.cm-1) 700 600 500 400 300 200 100 0 TQ 01 TQ 02 TQ 03 TQ 04 Tempo (dias) Figura 05: Variações da condutividade elétrica (µs.cm-1) nos tratamentos com bioflocos durante o cultivo dos peixes nos tanques T01, T02, T03 e T04 A condutividade elétrica (Figura 05) em todos os tanques evidenciou valores crescentes em função do tempo, mas com menor intensidade nos tanques 02 e 04 aonde havia alfaces, levando a crer que houve absorção de nutrientes pelas plantas. A condutividade mede a presença de íons em solução, verifica-se que há formação de cátions e ânions ao longo do tempo em um sistema fechado de aquoponia e isto se deve provavelmente à formação dos compostos nitrogenados gerados pelos peixes e resíduos da ração e também pela adição de cal hidratada (ajuste de ph), Segundo MARTINEZ (2005), a condutividade é um parâmetro expressivo para o desenvolvimento e acompanhamento de plantas cultivadas em sistema de hidroponia, sendo que ponto ideal situa-se entre 2,0 ms.cm -1 e 4,0 ms/cm. Pela Figura 03, observa-se que mesmo após 30 dias de experimento, a condutividade ainda não se encontra em valores ideais, neste primeiro período preliminar, para o sistema de hidroponia com valor limite no tanque 04 de aproximadamente 550 µs.cm -1, o que equivale a 0,55 ms.cm -1. Na Figura 06 há a representação da Cor no sistema e na Figura 07 o de Turbidez sendo apresentados os comportamentos e parâmetros da água nos tanques ao longo do experimento. 35
15-Feb 17-Feb 19-Feb 21-Feb 23-Feb 25-Feb 27-Feb 29-Feb 2-Mar 4-Mar 6-Mar 8-Mar 10-Mar 12-Mar 14-Mar 16-Mar Turbidez (NTU) Cor (PtCo) 160 140 120 100 80 60 40 20 TQ01 TQ02 TQ03 TQ04 0 Tempo (dias) Figura 06: Cor (PtCo) da água nos tanques com bioflocos 350 300 250 200 150 100 50 0 TQ01 TQ02 TQ03 TQ04 Tempo (dias) Figura 07: Turbidez (NTU) da água nos tanques com bioflocos. Os parâmetros cor e turbidez, respectivamente, indicam a presença de sólidos solúveis e sólidos em suspensão na água. Conforme observado nas Figuras 06 e 07, os dois parâmetros apresentaram valores crescentes ao longo do desenvolvimento do sistema. A turbidez é um parâmetro que possui estreita relação com os sólidos totais e com a quantidade de matéria orgânica no sistema, consequentemente o aumentado a demanda de oxigênio (BUFORD et al, 2004). O tanque 01 e 03 apresentaram praticamente o mesmo comportamento em relação ao parâmetro turbidez até 19º dia sendo que o tanque 03 apresentou um aumento dos sólidos em suspensão nos próximos dias do experimento, o 36
que não era esperado comparativamente ao tanque 0 1 pois ambos não tiveram a presença de plantas com o objetivo de absorver os nutrientes do meio. A produção de materiais em suspensão (agregados microbianos) os bioflocos contribuem para o aumento da turbidez do sistema, conforme pode ser observado pela Figura 08A e 08B. (A) (B) Fonte: Paulo Dias, 2016. Figura 08(A) e 08(B): Turbidez no Sistema de Bioflocos após 32 dias piscicultura 5.4 - Desenvolvimento das mudas de alfaces a partir da água da As Figuras 9A e 9B ilustram as mudas de alface após 30 dias de início da partida do sistema. Embora se tenha observado o crescimento e o aumento do número de folhas, esperava-se, pelo tempo de contato com a água contendo bioflocos, que houvesse um maior desenvolvimento da planta, mas isso não ocorreu, provavelmente devido à pequena concentração de nutrientes, constatado pelo valor da condutividade nos tanques (Figura 05). Uma explicação para esse pequeno desenvolvimento seria a falta de nutrientes na forma absorvível como nitrato (MARTINEZ, 2005). O nitrato é o produto final da oxidação da amônia e não é um composto muito importante em termos de toxidez. Conforme COLT et al 1981 a DL50 96 37
h (Dose Letal media em 96 horas) de nitrato para a maioria dos animais aquáticos varia entre 1.000 mgl -1, e 3.000 mgl -1, e considerada segura para os animais, uma concentração de até 88,3 mgl -1. Segundo MARTINEZ (2005), a condutividade das soluções utilizadas na hidroponia devem estar entre 2,0 ms.cm -1 e 4,0 ms.cm -1, valores superiores aos do experimento e os valores de condutividade elétrica são proporcionais à concentração dos vários íons em solução, e da mesma forma ao potencial osmótico. (A) (B) Fonte: Paulo Dias, 2016. Figura 9(A) e 9(B): Ilustração das plantas (alface) acopladas ao sistema aquopônico com bioflocos após o fim do ciclo No tanque 02 foram inseridas 24 mudas de alface com massa inicial média de 1,11g, sendo que ao final do experimento foram contabilizados 18 mudas de alface com massa média de 5,60g, sendo que dois pés de alface se destacaram em massa 24,00 e 21,00g. Esse comportamento anômalo pode ser explicado pela posição no tanque, isto é, na região central, aonde a aeração foi superior pela posição das mangueiras no sistema. No tanque 04 também foram feitos o plantio de 24 mudas, com massa média de 1,10 g, sendo que ao final do experimento foram colhidos apenas 19 pés de alface com massa média de 9,13g, sendo que um dos pés de alface apresentou massa média de 25g. 38
Peso em Gramas Peso alfaces (g) 30 25 20 15 10 5 0 Nº Alfaces 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 TQ02 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 9 10 21 24 TQ04 1.5 1.5 1.5 4 4 4 6 6 6 6 7 8 11 12 15 17 18 20 25 Figura 10: Peso da biomassa do cultivo da alface no fim da pesquisa. 5.5 - Biometria dos peixes no sistema de bioflocos O aumento do peso médio dos peixes (Figura 11) foi distinto no tanque 01, sendo maior que os demais tanques, para aonde foi observada durante o tratamento uma maior concentração de oxigênio dissolvido (tabela I) em relação aos outros tanques. Mesmo porque as tilápias estão perfeitamente adaptadas ao sistema de bioflocos, tendo a sua capacidade de alimentar por filtração da água, permitindo a absorção dos bioflocos da água assim o seu crescimento é maior (AVNIMELECH, 1998). 120 100 80 60 40 20 Peso dos Peixes 0 TQ01 TQ02 TQ03 TQ04 15/fev 67.93 68.53 69.2 66.5 16/mar 103.13 76.76 70.05 72.24 Figura 11: Variação média de peso (g) dos peixes no fim da pesquisa preliminar. 39
Peso em Gramas 5.6 - Desenvolvimento das tilápias no sistema aquopônico Durante o experimento houve alguns problemas envolvendo o fornecimento da energia elétrica do IFTM. Como no local da pesquisa não havia um gerador para suprir a falta de energia elétrica, o sistema ficou sem aeração por um período de 4 horas e os níveis de oxigênio dissolvido foram reduzidos rapidamente devido à grande demanda dos microrganismos (bioflocos) e dos peixes do sistema. Neste período ocorreu a morte de peixes, e, com maior intensidade nos dias 26/02/2016 e 02/03/2016 (Figura 12), embora Hayashi (1995) afirme que as tilápias apresentam crescimento rápido, adaptação ao confinamento e alta rusticidade. Nessas datas os peixes mortos foram repostos, após realização da biometria. 50 40 30 20 10 0 26/fev 02/mar 06/mar 10/mar 13/mar TQ01 0 4 4 1 18 TQ02 47 28 0 2 1 TQ03 35 8 4 1 15 TQ04 37 23 6 0 5 Dias Figura 12 - Dados dos peixes mortos durante o experimento. 6 - CONCLUSÃO O Sistema de aquoponia preliminar respondeu bem às expectativas do desenvolvimento dos peixes, evidenciado principalmente pelo tanque 01, no qual não foi necessária reposição dos mesmos. O desenvolvimento das mudas de alfaces não foi muito expressivo no período de 31 dias de pesquisa, tendo em vista que a condutividade ideal par a hidroponia deve ficar entre 2,0 ms.cm -1 e 4,0 ms.cm -1 (MARTINEZ, 2005) e estes valores só foram alcançados ao final 40