2.3 Terra Arável e Nutrientes

2.3.1 Previsões

Mesmo quando mais alimentos precisam ser produzidos, a terra utilizável para práticas agrícolas é inerentemente limitada a cerca de 20 a 30% da superfície terrestre do mundo. A disponibilidade de terras agrícolas está a diminuir e há escassez de terras adequadas onde são mais necessárias, isto é, particularmente perto de centros populacionais. A degradação do solo é um dos principais contribuintes para este declínio e pode geralmente ser categorizada de duas formas: deslocamento (erosão eólica e hídrica) e deterioração química e física interna do solo (perda de nutrientes e/ou matéria orgânica, salinização, acidificação, poluição, compactação e alagamento). A estimativa da degradação total do solo natural e induzida pelo homem em todo o mundo é repleta de dificuldades, dada a variabilidade nas definições, gravidade, tempo, categorização do solo, etc. No entanto, é geralmente acordado que suas consequências resultaram na perda da produção primária líquida em grandes áreas (Esch et al. 2017), restringindo assim aumentos de terras aráveis e permanentemente cultivadas a 13% nas quatro décadas desde o início da década de 1960 até o final da década de 1990 (Bruinsma 2003). Mais importante em relação ao crescimento populacional durante esse período, as terras aráveis per capita diminuíram cerca de 40% (Conforti 2011). O termo “terra arável” implica a disponibilidade de nutrientes adequados para apoiar a produção vegetal. Para combater a depleção de nutrientes, o consumo mundial de fertilizantes aumentou de 90 kg/ha em 2002 para 135 kg em 2013 (Pocketbook 2015). No entanto, o aumento do uso de fertilizantes muitas vezes resulta em excessos de nitrato e fosfatos acabando em ecossistemas aquáticos (Bennett et al. 2001), causando florescimento de algas e eutrofização quando a biomassa de algas em decomposição consome oxigênio e limita a biodiversidade da vida aquática. As alterações ambientais induzidas por nitratos e fosfatos em larga escala são particularmente evidentes nas bacias hidrográficas e nas zonas costeiras.

O nitrogênio, o potássio e o fósforo são os três principais nutrientes essenciais para o crescimento das plantas. Embora a procura de fertilizantes fósforos continue a crescer exponencialmente, as reservas de fosfato rochoso são limitadas e as estimativas sugerem que serão esgotadas dentro de 50 a 100 anos (Cordell et al. 2011; Steen 1998; Van Vuuren et al. 2010). Além disso, espera-se que a entrada de nitrogênio antropogênico conduza os ecossistemas terrestres a maiores limitações de fósforo, embora uma melhor compreensão dos processos seja crítica (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). Atualmente, não há substitutos para o fósforo na agricultura, colocando restrições na produtividade agrícola futura que depende da entrada de fertilizantes chave de fosfato extraído (Sverdrup e Ragnarsdottir 2011). O “paradoxo P”, ou seja, um excesso de P que prejudica a qualidade da água, juntamente com a sua escassez como recurso não renovável, significa que deve haver aumentos substanciais na reciclagem e eficiência do seu uso (Leinweber et al. 2018).

As práticas agrícolas intensivas modernas, como a frequência e o tempo do preparo ou plantio direto, a aplicação de herbicidas e agrotóxicos e a adição pouco frequente de matéria orgânica contendo micronutrientes, podem alterar a estrutura do solo e sua biodiversidade microbiana, de modo que a adição de fertilizantes não mais aumenta a produtividade por hectare. Dado que as mudanças no uso da terra resultaram em perdas de carbono orgânico do solo estimadas em torno de 8%, e as perdas projetadas entre 2010 e 2050 são 3,5 vezes maiores, presume-se que a capacidade de retenção de água do solo e as perdas de nutrientes continuarão, especialmente tendo em vista o aquecimento global (Esch et al. 2017) . Obviamente, há compensações entre satisfazer as necessidades humanas e não comprometer a capacidade da biosfera de suportar a vida (Foley et al. 2005). No entanto, é claro ao modelar as fronteiras planetárias em relação às práticas atuais de uso do solo que é necessário melhorar a ciclagem de N e P, principalmente pela redução das emissões de nitrogênio e fósforo e do escoamento das terras agrícolas, mas também pela melhor captura e reutilização (Conijn et al. 2018).

2.3.2 Aquapônica e Nutrientes

Um dos principais benefícios da aquapônica é que ela permite a reciclagem de recursos nutritivos. A entrada de nutrientes no componente de peixe deriva de alimentos para animais, cuja composição depende das espécies-alvo, mas os alimentos para animais na aquicultura constituem tipicamente uma parte significativa dos custos de produção e podem representar mais de metade do custo anual total de produção. Em determinados desenhos aquapônicos, a biomassa bacteriana também pode ser aproveitada como ração, por exemplo, onde a produção de bioflocos torna os sistemas aquapônicos cada vez mais autônomos (Pinho et al. 2017).

As águas residuais de canetas ou pistas de gaiola aberta são frequentemente descarregadas em corpos d’água, onde resultam em poluição de nutrientes e subsequente eutrofização. Por outro lado, os sistemas aquapônicos tomam os nutrientes dissolvidos de alimentos para peixes não consumidos e fezes, e utilizam micróbios que podem quebrar a matéria orgânica, converter o nitrogênio e o fósforo em formas biodisponíveis para uso por plantas na unidade hidropônica. A fim de alcançar níveis economicamente aceitáveis de produção vegetal, a presença de conjuntos microbianos apropriados reduz a necessidade de adicionar grande parte dos nutrientes suplementares que são rotineiramente usados em unidades hidropônicas autônomas. Assim, a aquapônica é um sistema de descarga quase zero que oferece não só benefícios econômicos tanto dos fluxos de produção de peixes como das plantas, mas também reduções significativas em ambas as descargas nocivas do ponto de vista ambiental provenientes de locais de aquicultura. Ele também elimina o problema do escoamento rico em N e P de fertilizantes utilizados na agricultura à base de solo. Em sistemas aquapônicos desacoplados, biorreatores aeróbios ou anaeróbios também podem ser usados para tratar lodo e recuperar macro e micronutrientes significativos em formas biodisponíveis para posterior utilização na produção hidropônica (Goddek et al. 2018) (ver [Chap. 8](/comunidade/artigos/capítulos 8 desacoplados aquaponics-sistemas)). Novos desenvolvimentos emocionantes como estes, muitos dos quais agora estão sendo realizados para produção comercial, continuam a refinar o conceito de economia circular, permitindo cada vez mais a recuperação de nutrientes.