Parâmetros científicos

Um parâmetro científico** é uma característica definível ou mensurável ou um valor, selecionado a partir de um conjunto de dados. Um variável é qualquer fator, característica ou condição que pode existir em quantidades ou tipos diferentes. Na ciência experimental, geralmente existem três tipos de variáveis: 1) independente, 2) dependente e 3) controlado. A variável independente** é aquela que o experimentador muda para medir ou observar uma resposta ou um efeito. A variáveldependente é a resposta medida às alterações feitas na variável independente. As variáveis controladas são as variáveis que são mantidas constantes em um experimento.

Vamos ilustrar essas variáveis com um experimento imaginário usando um sistema aquapônico. Estamos interessados em saber como a massa total de peixes afeta a produção de amônia no tanque de peixes conectado à unidade hidropônica. A concentração de amoníaco será medida em g/l no tanque de peixes, bem como na unidade hidropônica. A quantidade e a taxa de alimentação permanecerão constantes, enquanto a massa total de peixes variará com a adição de peixes no tanque de peixes. Neste experimento imaginário, a massa total de peixes é a variável independente (isto é o que estamos mudando), e a concentração de amônia é a variável dependente (é nisso que estamos interessados — é o que estamos medindo como resposta à variação da massa de peixes). As variáveis, tais como a quantidade de alimento, a taxa de alimentação, os intervalos de tempo entre a alimentação e a variação da massa total de peixes, a temperatura da água no tanque de peixes e na unidade hidropônica, a área de superfície do biofiltro, o número de plantas na unidade hidropônica, etc., têm de ser mantidas constantes para medem apenas o efeito de variar a massa total de peixes na produção de amoníaco e, portanto, são as variáveis controladas.

É importante notar que experimentos científicos (ou medições do mesmo parâmetro no monitoramento) são feitos em múltiplos, geralmente triplicados, a fim de validar dados empíricos ou os resultados observados. Três replicações geralmente são suficientes para descartar quaisquer outliers potenciais (se as outras duas medições concordarem). Uma média (em estatísticas denominadas média aritmética) de tais medições é então tomada a fim de melhorar a precisão do resultado. O desvio-padrão (DP) dos três replicados deve também ser calculado a fim de relatar a variabilidade entre os dados. Um desvio padrão baixo é preferível. Não se esqueça de incluir unidades em suas medidas. As equações para o cálculo da média aritmética e do desvio padrão são mostradas abaixo:

Onde: $\ bar {x} $ = média aritmética

$_1, _2, _3, _n$ = valores individuais no conjunto de dados = o número de pontos de dados no conjunto (o número de valores ‘x’)

Onde:

= desvio padrão

Σ = símbolo de somatório

𝑥 = cada valor individual no conjunto de dados

𝑥 = média aritmética

= o número de pontos de dados no conjunto (o número de valores ‘x’)

Por que monitorar?

A necessidade de monitorização na aquapônica surge de dois pontos de vista: legislação e gestão. A natureza holística da aquapônica significa que ela se enquadra em várias categorias legislativas diferentes no que diz respeito à política a nível da UE. A Política Comum das Pescas (PCP) e a Agricultura Comum Política (PAC), bem como políticas de segurança alimentar, saúde e bem-estar animal, fitossanidade e legislação ambiental, entre outras, podem ser aplicadas, dependendo das características operacionais do sistema. A legislação e os regulamentos que devem ser observados durante a produção aquapônica incluem, mas não se limitam a:

• Directiva-Quadro relativa à água (2000/60/CE) (DQA) — Entre outras coisas, a DQA estabelece as regras para a monitorização, a amostragem e a análise das descargas de efluentes nos cursos de água. Além disso, exige que os Estados‑Membros estabeleçam regimes de monitorização no seu país, o que inclui frequentemente inspecções em locais de descarga para analisar efluentes

• Directiva Nitratos (91/676/CEE) especifica os limites dos parâmetros dos efluentes que podem ser descarregados

• Regulamentos de segurança alimentar, que serão abordados mais detalhadamente no Capítulo 10 deste manual

• Regulamentação relativa ao bem-estar dos animais e à saúde dos peixes, como a Directiva 91/496/CEE, que estabelece os princípios que regem a organização dos controlos veterinários dos animais provenientes de países terceiros que entram na UE

Na maioria dos países, será disponibilizada ajuda das agências governamentais para manter os agricultores aquapónicos em conformidade com a lei, pelo que deverão procurar informações completas junto das autoridades competentes sobre a sua situação específica (Joly 2018).

O monitoramento regular dos parâmetros é uma parte indispensável da gestão, operação e manutenção do sistema aquapônico. O monitoramento da qualidade da água e da saúde dos peixes e das plantas indicará o desempenho do sistema e terá benefícios significativos em termos de custos. Manter bons registros de suas medições pode ajudar muito a observar tendências e diagnosticar problemas futuros. É importante gravar todas as suas leituras. Parâmetros como amônia, nitrito, oxigênio dissolvido e pH podem dar uma indicação de se o sistema está com baixo desempenho.

Identificar o parâmetro problemático (ou seja, fora da faixa desejada) ajuda o operador a corrigir o problema rapidamente e restaurar o funcionamento do sistema aquapônico de volta aos níveis ideais, o que resultará no maior rendimento de peixes e plantas.

Diferentes abordagens de monitoramento

As abordagens de monitoramento para testar a qualidade da água aquapônica variam de equipamentos analíticos muito simples e baratos a complexos e envolvendo equipamentos analíticos caros. A abordagem mais simples e mais barata é usar tiras de teste, que você mergulha na água. Estes contêm um reagente que muda de cor quando entra em contacto com a água. A intensidade desta reação pode ser comparada com a tabela de cores fornecida com o kit, que dará uma medida relativamente precisa do que está sendo testado. Esses kits são muitas vezes baratos e simples de usar, embora como são um material consumível, os estoques precisarão ser constantemente reabastecidos. Estes, no entanto, geralmente só podem ser usados para um intervalo limitado. Por exemplo, algumas tiras de teste para pH funcionam apenas dentro de uma faixa de pH de 5 a 8. Se o pH do sistema aquapónico se situar fora desta gama (abaixo de 5 ou acima de 8), as tiras de ensaio podem dar resultados falsos.

O próximo nível em termos de complexidade e custo são os testes com reagentes químicos e um gráfico de cores. Aqui, a amostra é colocada em um pequeno tubo de ensaio e gotas de reagentes são adicionadas de acordo com as instruções. Ocorre uma reacção e a cor da solução no tubo de ensaio é comparada com a carta de cores que acompanha o kit. O preço desses testes varia. Uma versão mais precisa e avançada destes testes mede a cor com espectrofotómetros.

A espectrometria é um método de análise quantitativa que utiliza a absorvância da luz. Normalmente, uma amostra de água é centrifugada para remover sólidos em suspensão e adiciona-se um reagente específico para o ensaio desejado. Isso é então colocado dentro de um espectrofotômetro para análise. A leitura dada pelo espectrofotômetro pode então ser relacionada com curvas padrão conhecidas para esse parâmetro químico específico para dar uma concentração. Alguns fabricantes também fornecem kits de teste para uma análise mais rápida, sem a necessidade de usar curvas de calibração, e estes estão disponíveis para uma ampla gama de parâmetros de qualidade da água.

A abordagem mais avançada e cara para o monitoramento envolve o uso de sondas e medidores eletrônicos. Elas existem em configurações de parâmetro único ou em configurações de medidor único multisonda. As sondas são conectadas a um medidor eletrônico digital e submersas na água. Monitores on-line contínuos também podem ser instalados dentro do aquário, com uma sonda constantemente em contato com a água. Eles custam mais em comparação com os testes descritos anteriormente, no entanto, eles são os instrumentos mais precisos para monitoramento e têm a maior faixa de medição (Klinger-Bowen et al. 2011).

A abordagem de monitorização escolhida está normalmente associada à dimensão do sistema aquapónico e ao nível de produtividade. Sistemas comerciais profissionais geralmente empregam monitores on-line contínuos para oxigênio dissolvido (OD), nível de água e fornecimento elétrico. Por outro lado, os sistemas de quintal passatempo dependem frequentemente das abordagens mais simples e mais baratas, tais como tiras de teste, ou mesmo apenas inspeções visuais de turbidez da água, oxigenação em biofiltro, saúde vegetal e peixe.

Classificação dos parâmetros de monitorização

Os parâmetros que precisam ser monitorados em um sistema aquapônico são a qualidade da água, a saúde dos peixes e a saúde das plantas, e podem ser classificados nos seguintes tipos: 1) químico, 2) físico e 3) biológico. Os parâmetros químicos têm a ver com a qualidade da água e incluem pH, OD, amônia, nitrito, nitrato, teor de fósforo e dureza da água. Os parâmetros físicos incluem temperatura da água e do ar, umidade relativa e intensidade da luz UV. Os parâmetros biológicos fornecem uma visão direta do desempenho do sistema e incluem tudo, desde a massa e a saúde dos peixes e das plantas, deficiências de nutrientes nas plantas, contaminação de algas e outros parâmetros microbiológicos. Cada organismo em uma unidade aquapônica — os peixes, as plantas e as bactérias do biofiltro — tem uma faixa de tolerância específica para cada parâmetro físico-químico (Tabela 1). Os intervalos de tolerância são relativamente semelhantes para todos os três organismos, mas há uma necessidade de compromisso e, portanto, alguns organismos podem não estar funcionando em seu nível ideal (Somerville et al. 2014a).

Tabela 1: Faixas óptimas de parâmetros físico-químicos para peixes (água quente e fria), plantas e bactérias nitrificantes

O objetivo é manter um ecossistema saudável com parâmetros físico-químicos, bem como outros que satisfaçam os requisitos para o cultivo de peixes, vegetais e bactérias simultaneamente. Há ocasiões em que a qualidade da água precisará ser manipulada ativamente para atender a esses critérios e manter o sistema funcionando corretamente.

Frequência de monitorização

A frequência do monitoramento varia dependendo do parâmetro que está sendo monitorado. Regra geral, os sistemas de arranque (no primeiro povoamento de plantas e animais) devem ser ensaiados diariamente, de modo a que os ajustamentos possam ser efectuados rapidamente quando necessário. Por exemplo, os níveis de alimentação podem ser reduzidos, a aeração pode ser aumentada ou a água pode ser diluída em resposta a altos níveis de amônia. Uma vez que os ciclos de nutrientes são equilibrados (após um mínimo de 4 semanas sem flutuações significativas nos parâmetros), a monitorização semanal é geralmente suficiente para manter uma boa qualidade da água. No entanto, se houver suspeita de um problema (alteração da aparência ou comportamento dos peixes, indicadores de deficiência nas plantas), deve ser retomada a monitorização mais frequente da qualidade da água. Portanto, o monitoramento diário da saúde dos peixes e das plantas é essencial para descobrir possíveis problemas precocemente. É também muito importante manter um bom registo dos parâmetros de monitorização, por exemplo, a aparência e o comportamento dos peixes (normal/fora do normal), o aparecimento das plantas (aspecto normal/insalubre) e os parâmetros químicos da água (pH, OD, amoníaco, nitritos, nitratos). Desta forma, a causa de um problema potencial pode ser identificada com mais facilidade e, caso o problema volte a surgir, a emenda que funcionou bem pode ser rapidamente implementada (Sallenave 2016; Somerville et al. 2014a). Um exemplo de um livro de registro de dados é mostrado na Figura 1.

Figura 1: Um exemplo de tabela de registro de dados de monitoramento. SS no quadro significa “local de amostra”

*Copyright © Parceiros do Projeto Aqu @teach. Aqu @teach é uma Parceria Estratégica Erasmus+ no Ensino Superior (2017-2020) liderada pela Universidade de Greenwich, em colaboração com a Universidade de Zurique de Ciências Aplicadas (Suíça), a Universidade Técnica de Madrid (Espanha), a Universidade de Liubliana e o Centro Biotécnico Naklo (Eslovénia) . *