anÁlise sistÊmica e energÉtica da aqÜicultura enrique ortega rodríguez laboratório de...

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


Combustíveis fósseis, bens e

serviços

Indústria e atividades urbanas

subterrânea

NutrientesMatéria orgânica

Sedimentos

Órgãos estaduais regionais

População humana


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


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


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


Serviços da economia urbana (não renováveis)


Recursos renováveis da

natureza (indiretos)


Materiais da economia urbana (não renováveis

N2

Infra-estrutura e organização

não repostaServiços para o exterior

Energia degradada


Albedo

R1

R2M S

Figura 5. Diagrama resumido dos fluxos de energia, materiais e informação.

R

N

S



M

Energia degradada


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



F


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


F = Feedback

F = Feedback

Resíduos

Produto

Resíduo

Feedback

Feedback

Fluxo de energia solar absorvido

Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa


Biodiver-sidade

Biodiver-sidade

Biodiver-sidade

Biodiver-sidade

Fluxo de energia solar absorvido

Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa


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

Ortega, Enrique, 2004. Análise emergética na aqüicultura, produção de bagre no Alabama. VIII Encontro da Associação Brasileira de Patologistas de Organismos Aquáticos. Laguna, Santa Catarina, 19-22 de outubro de 2004.http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/14-Bagre-Alabama.pps

Howard T. Odum, Elisabeth C. Odum. The Prosperous Way Down: Principles and Policies. University of Colorado Press. May, 2001.

Howard T. Odum, Elizabeth C. Odum. Modeling for all Scales: An Introduction to System Simulation. Academic Press, 80 pages, Cd-Rom edition, 2000. ISBN: 0125241704

Bibliografia

http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/Tese-OtavioCavalett.pdf

http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/14-Bagre-Alabama.pps



Howard T. Odum & Wlodzimierz Woucik. Heavy Metals In The Environment: Using Wetlands for Their Removal. Lowell Pritchard (Editor) 344 pages. CRC Press. 2000. ISBN: 1566704014

Howard T. Odum. Environmental Accounting: Emergy and environmental decision making. 370 pages, John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, 1996. ISBN 0-471-11442-1

Howard T. Odum, Elisabeth C. Odum, Mark T. Brown. Environment and Society in Florida. Lewis Publishers, Inc. ISBN: 1574440802

Howard T. Odum. Ecological and General Systems: An Introduction to Systems Ecology. University Press of Colorado, April 1994. ISBN: 087081320X

Charles A. S. Hall (Editor). Maximum Power : A Festschrift on Ecology, Energy, and Economy in Honor of Howard T. Odum. University Press of Colorado, November 1995. ISBN: 0870813625

Robert J. Beyers, Howard T. Odum. Ecological Microcosms. Springer Verlag, 1993. ISBN: 0387979808

Howard T. Odum. Energy Basis for Man and Nature. McGraw Hill Text, 1981. ISBN: 0070475113

Howard T. Odum. Environment, Power, and Society. John Wiley & Sons, June 1971. ISBN: 047165275X

Katherine Carter Ewel, Howard T. Odum (Editors). Cypress Swamps. 472 pages, University Press of Florida, 1985. ISBN: 0813007143

anÁlise sistÊmica e energÉtica da aqÜicultura enrique ortega rodríguez laboratório de...

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