7.8 Problemas de Planejamento e Gerenciamento do Sistema

A aquapônica acoplada depende dos nutrientes fornecidos pelas unidades de peixe, seja um RAS intensivo comercial ou tanques abastecidos em condições extensas em operações menores. A densidade de peixes neste último é muitas vezes de 15 a 20 kg/msup3/sup (tilápia, carpa), mas a extensa produção de bagres africanos pode ser maior até 50 kg/msup3/sup. Tais diferentes densidades de estoque têm influência significativa nos fluxos de nutrientes e na disponibilidade de nutrientes para as plantas, na exigência de controle e ajuste da qualidade da água, bem como nas práticas de manejo apropriadas.

A qualidade da água de processo no que diz respeito às concentrações de nutrientes depende principalmente da composição dos alimentos para animais e das respectivas taxas de volume de negócios dos peixes. A diferença entre a alimentação alimentada e os nutrientes alimentares, assimilados no interior dos peixes ou perdidos através da manutenção do sistema, equivale ao potencial máximo dos nutrientes disponíveis para as plantas provenientes da aquicultura. Como mencionado acima, as concentrações de nutrientes devem ser ajustadas aos níveis, o que permite que as plantas cresçam eficazmente. No entanto, nem todas as espécies de peixes são capazes de suportar tais condições. Consequentemente, espécies de peixes resilientes, como o bagre africano, Tilapia ou carpa, são preferenciais candidatos aquánicos. Na Universidade de Rostock, foram analisados bagre inteiro e sua dieta padrão como valores de produção e entrada para identificar as taxas de rotatividade dos macronutrientes N, P, K, Ca, Mg e S e os micronutrientes Fe, Mn, Mo, Cu, Zn e Se. Com exceção de P, mais de 50% dos nutrientes alimentares fornecidos aos peixes não são retidos em seu corpo e podem ser considerados potencialmente disponíveis como nutrientes vegetais (Strauch et al. 2018; Fig. 7.12). No entanto, esses nutrientes não são igualmente distribuídos dentro da água do processo e dos sedimentos. Especialmente macronutrientes (N, P, K) se acumulam na água de processo, bem como dentro da fração sólida, enquanto os micronutrientes, como o ferro, desaparecem na fração sólida separada pelo clarificador. A Figura 7.13 mostra a saída de nutrientes por limpeza do clarificador após 6 dias de coleta de lodo em um peixe-gato africano intensivo RAS. As proporções de nutrientes essenciais das plantas que se ligam nos sólidos em relação às respectivas quantidades que aparecem dissolvidas são significativas: N = 48%, P = 61%, K = 10%, Ca = 48%, Mg = 16%, S = 11%, Fe = 99%, Mn = 86%, Mo = 100%, Zn = 48% e Cu = 55%.

Fig. 7.12 Nutrientes não utilizados na aquicultura de bagres africanos que estão potencialmente disponíveis para produção de plantas aquapônicas (dados originais)

Fig. 7.13 Distribuição de macro e micronutrientes dentro da água de processo e dos sólidos. (Dados de Strauch et al. (2018))

Um fator importante de gerenciamento é a disponibilidade de oxigênio dentro do sistema, o que é crucial para manter a concentração de nitrato disponível na água do processo alta. Os clarificadores convencionais que são aplicados em muitos RAS removem resíduos sólidos ricos em carbono da recirculação, mas os deixarão em contato com a água do processo até o próximo intervalo de limpeza do tanque de sedimentação. Durante este tempo, a matéria orgânica rica em carbono é utilizada como fonte de energia por desnitrificação de bactérias, contabilizando perdas significativas de nitrato. Ele desgasta como nitrogênio na atmosfera e está perdido. Em condições de produção intensiva, grandes quantidades de lodo orgânico se acumularão dentro dos tanques de sedimentação, com consequências para a manutenção, substituição por água doce e, posteriormente, para a composição de nutrientes dentro da água de processo. A figura 7.14 ilustra as concentrações de nutrientes nos tanques de exploração do peixe-gato africano RAS sob três densidades diferentes (extensas: 35 peixes/tanque, semi-intensivo: 70 peixes/tanque, intensivo: 140 peixes/tanque). Quanto maior a densidade de estoque e menor o teor de oxigênio resultante dentro do sistema, menor será o nitrato disponível na planta por kg de alimentação dentro do sistema.

Fig. 7.14 N-orçamento por kg de ração e nível de oxigênio na aquicultura africana de bagre sob três densidades de estoque diferentes (dados originais)

Em geral, com o aumento da intensidade dos peixes, a disponibilidade de oxigênio no interior do sistema diminui devido ao consumo do oxigênio pelos peixes e à digestão de lodo aeróbio dentro do clarificador e dos subsistemas hidropônicos. Os níveis de oxigênio podem ser mantidos em níveis mais altos, mas isso requer investimento adicional para monitoramento e controle de oxigênio. Esta questão é de tremenda importância para a aquapônica acoplada, desde o início da fase de planejamento dos sistemas, pois os diferentes cenários são decisivos para a produção de peixe planejada, a qualidade resultante da água de processo para as unidades de produção da planta e, consequentemente, para sustentabilidade. Quatro princípios principais de sistemas de produção aquapônica acoplados com consequências de manejo em termos de projeto do sistema, procedimentos de manutenção e disponibilidade de nutrientes para o crescimento da planta, com transições entre eles, podem ser definidos da seguinte forma:

• Produção extensiva, peixe resistente ao oxigénio (por exemplo, tilápia, carpa), sem controlo do oxigénio, OSub2/sub superior a 6 mg/L, pouca utilização de água com concentrações elevadas de nutrientes, pequeno investimento, baixa CBO, elevado nitrato por kg de alimento.

• Produção intensiva, peixe resistente ao oxigénio (por exemplo, bagre africano), sem controlo do oxigénio, OSub2/sub inferior a 6 mg/L, elevada utilização de água, médio investimento, elevada CBO, baixos nitratos por kg de alimento, concentrações elevadas de nutrientes.

• Produção extensiva, peixes que exigem oxigénio (por exemplo, truta), controlo de oxigénio, OSub2/sub acima de 6—8 mg/L, elevada utilização de água, médio investimento, baixa CBO, elevado nitrato por kg de alimento, baixas concentrações de nutrientes.

• Produção intensiva, peixe que exige oxigénio (por exemplo, truta, pikeperch), controlo de oxigénio, OSub2/sub superior a 6—8 mg/L, elevado consumo de água, elevado investimento, baixa CBO, nitrato médio por kg de alimento.

Além da densidade de estoque e da quantidade média de oxigênio dentro do sistema, o regime de produção vegetal, ou seja, o cultivo em lote ou escalonado, tem consequências para os nutrientes disponíveis na planta dentro da água de processo (Palm et al. 2019). Este é o caso especialmente com peixes de crescimento rápido, onde o aumento de ração durante o ciclo de produção pode ser tão rápido que precisa haver uma maior taxa de troca de água e, portanto, a diluição de nutrientes pode aumentar, com consequências para a composição e manejo dos nutrientes.

Os mesmos processos óxicos ou anóxicos que ocorrem na RAS como parte do sistema aquapônico acoplado também ocorrem dentro dos subsistemas hidropônicos. Portanto, a disponibilidade de oxigênio e possivelmente a aeração da água da planta podem ser cruciais para otimizar a qualidade da água para um bom crescimento da planta. O oxigênio permite que as bactérias heterotróficas convertam nutrientes orgânicos ligados à fase dissolvida (isto é, nitrogênio protéico em amônia) e as bactérias nitrificantes convertem a amônia em nitrato. A disponibilidade de oxigénio na água também reduz o metabolismo microbiano anóxico (isto é, bactérias redutoras de nitratos e/ou sulfatos, Comeau 2008), processos que podem ter efeitos tremendos na redução das concentrações de nutrientes. A aeração das raízes também tem a vantagem de que a água e os nutrientes são transportados para a superfície radicular e que as partículas que se instalam na superfície radicular são removidas (Somerville et al. 2014).