Capacidade de suporte em Ecologia Energética Daniela Esteves U. Costa Universidade Federal de Minas...

Capacidade de suporte em Ecologia Energética

Daniela Esteves U. Costa

Universidade Federal de Minas Gerais

Instituto de Ciências Biológicas

Departamento de Biologia Geral

Disciplina: Ecologia Energética

Professor: Ricardo Motta Pinto-Coelho

Abordagem histórica e definições

• Década de 1890: primeira vez que o termo capacidade de suporte surgiu em problemas ecológicos. Número de animais selvagens que uma área de pastagem poderia suportar sem a sua deterioração (Young, 1998).

• 1930 - Diferentes significados:

- número ideal de animais selvagens (cervos) capazes de atrair visitantes para o Parque

- número máximo de cervos que evitaria destruir a pastagem e os componentes vegetais associados (Young, 1998)

Abordagem histórica e definições

• 1950, Odum (1988) o conceituou como o número máximo de indivíduos que um dado ambiente pode suportar.

• Atualmente, capacidade de suporte (representada por K) representa o tamanho da população que os recursos do ambiente podem manter (“suportar”), sem uma tendência de aumento ou redução dessa população e sem que o ambiente se deteriore (Begon 2007).

• Manejo de ecossistemas: a capacidade suporte é uma característica intrínseca da população ou do ecossistema?

• Definição de Kashiwai (1995): capacidade suporte é uma medida de manutenção do ecossistema para uma determinada população ou ainda a “assíntota” (máximo) da biomassa da população que o ecossistema suporta.

• “o limite de crescimento ou desenvolvimento de cada e de todos os níveis hierárquicos de integração biológica, começando com a população e moldada por processos e relações de interdependência entre recursos finitos e os consumidores destes recursos” (Monte-Luna et al, 2004).

• É medida como indivíduos, biomassa e número de espécies

• Dependente de fatores que determinam este crescimento como área, volume, produtividade, alimento, mudanças ambientais, energia, etc.

• Nos dias atuais deve-se também considerar a aplicabilidade deste conceito para ecossistemas vitimados por ações antrópicas.

• Nessa abordagem, capacidade suporte é a taxa máxima de consumo de recurso e lançamento de efluentes que pode ser sustentada indefinidamente sem afetar a integridade funcional e a produtividade dos ecossistemas (Folke et al., 1998).

• Conceito de capacidade suporte aplicado a produção de organismos- maximizar a produção sem afetar a taxa de crescimento- preocupaçao com os danos ambientais

Aqüicultura ecológica

• Prevê a consideração da questão ambiental como limitante à produção máxima de um organismo que um ambiente pode sustentar, evitando assim que sejam gerados impactos ambientais, especialmente a deterioração da qualidade da água através do desenvolvimento do processo de eutrofização (Duarte et al., 2003)

• O conceito de capacidade suporte ecológica aplicado a aqüicultura prevê a definição da produção máxima permissível de organismos aquáticos na qual a emissão de resíduos não ultrapasse a capacidade assimilativa do ambiente (Kautsky et al., 1997)

Definição da capacidade suporte do Reservatório de Três Marias para cultivo intensivo de peixes

em tanques redes.

Autores: Fernando Starling, Carlos E. Pereira & Ronaldo Angelini

Aqüicultura em tanques redes

Instituto de Pesca SP http://www.pesca.sp.gov.br/imagens.php?pag=8

http://www.ambientebrasil.com.br

Capacidade suporte de reservatórios para aqüicultura em tanques redes

• A expansão dos sistemas de aqüicultura intensiva em tanques redes é freqüentemente acompanhada de uma degradação do ambiente natural nas imediações da área de cultivo (Beveridge, 1996).

• Os efluentes do cultivo sedimentam e se acumulam no fundo do ecossistema. A acumulação de matéria orgânica aumenta o consumo de oxigênio dos sedimentos podendo levar a uma condição anóxica.

• A liberação de nutrientes dissolvidos podem estimular a produção primária do fitoplâncton, que acarreta uma elevação do consumo de oxigênio durante a decomposição, acelerando o processo de eutrofização.

• Portanto, uma das principais desvantagens da criação de peixes diz respeito a seus produtos metabólicos: ração não-ingerida e os nutrientes inorgânicos (fósforo) dissolvidos excretados com as fezes que permanecem na água (Pagand, et al. 2000).

Fósforo

• O fósforo é geralmente o nutriente limitante ao crescimento fitoplanctônico em ecossistemas aquáticos tropicais (Chorus & Mur, 1999).

• Para a manutenção do citoplasma da maioria dos organismos fitoplanctônicos a proporção de nutrientes assimilados á aseguinte:

1 P: 16N : 106C (Redfield, 1958).

• N:P acima de 17 é considerada elevada

Razão N:P no Reservatório de Três Marias• Os valores da razão N:P variaram de 4 a 120, com média

de 37. Estes elevados valores de razão N:P são indicativos nítidos de uma limitação por fósforo.

Variação dos valores da Relação N:P (Nitrogênio Total e Fósforo Total, by weight) para os dados limnológicos do monitoramento do Reservatório de Três Marias, para o período de 2001 a 2006

Estado trófico de lagos e reservatórios• Classificação de Estado Trófico segundo Vollenweider

(1968)

• Classificação com distribuição de probabilidade: faixa de valores para um dado grau de eutrofização baseado em distribuição estatística (Ryding & Rast, 1989).

Clorofila e nutrientes

• A clorofila-a é uma variável que mede indiretamente a quantidade de algas presentes na água.

• Indicativo da produtividade do sistema, podendo ser associada ao enriquecimento do ambiente por insumos agrícolas, o qual é evidenciado pelas concentrações de nutrientes como o N e o P.

• Medida de produtividade e eutrofização.

Biomassa algal e Fósforo

Concentrações Limites

• Para que a chance de um dado ecossistema tropical se tornar eutrófico seja nula:

- limite máximo aceitável de concentração de fósforo total é 25 µg/l (CEPIS, 1990)

- Clorofila-a: 3 µg/l.

• Resolução No 357 do CONAMA, datada de 17/03/2005:

- Fósforo total e clorofila: 30 µg/l

Modelos de estimativa de capacidade de suporte

• Modelos derivados da aplicação das equações que descrevem as respostas dos ecossistemas lacustres frente a aumentos das cargas de nutrientes como parte do conhecido processo de eutrofização artificial, e.g., Vollenweider (1968); CEPIS (1990).

• Premissas básicas de todos os modelos:- a abundância algal é negativamente correlacionada à qualidade da

água e positivamente correlacionada ao aumento populacional, - o fósforo (P) é o fator limitante que controla o crescimento

fitoplanctônico.

Modelo de Dillon & Rigler (1974)

• Considera que a concentração de fósforo total [P] em um dado corpo d’água é determinada pela:- carga de P- tamanho do lago (área e profundidade média)- taxa de renovação da água

• Numa situação de equilíbrio, [P] = L* (1-R) / z *ρ, onde:

[P] é a concentração de P-total em mg/lL é a carga de P-total em g/m2/anoz é a profundidade média em metrosR é a fração do P-total retida no sedimentoe ρ é a taxa de renovação de água em volumes por ano.

• Beveridge (1987) com base nesse modelo propôs determinar a capacidade suporte de um corpo d’água frente a “inputs” externos de nutrientes provenientes de um cultivo de peixes em tanques-rede.

• A concentração original de P sofrerá um incremento como resultado desta atividade até um nível determinado em função dos usos pretendidos para este ecossistema

• As elevações na concentração de P-total na água refletem diretamente os incrementos da biomassa fitoplanctônica, expressa como concentração de clorofila-a.

• A capacidade de um corpo d’água para a manutenção de uma qualidade satisfatória pode ser expressa pela seguinte equaçao:Δ [P] = [P] F - [P] I , onde

[P] I é a concentração de fósforo no período atual (antes do cultivo) e[P] F é concentração de fósforo final desejável ou aceitável

• A determinação da mudança aceitável/desejável no nível trófico pelo input de nutrientes a partir da implantação dos tanques-redes é feita através da seguinte equação: Δ [P] = LPT (1- RPT) / zρ , onde

LPT é a carga de P-total derivada dos aportes externos e internos;RPT é a fração do P-total que é retida nos sedimentos;z é a profundidade média em metrose ρ é a taxa de renovação de água em volumes por ano.

• A partir do cálculo da carga permissível/aceitável (LPT), pode-se estimar a produção aqüícola equivalente, necessária para gerar essa carga.

• Só se aplica para ecossistemas que tenham fósforo como nutriente limitante.

• A grande limitação associada ao uso do Modelo de Dillon & Righler (1974) refere-se ao fato de representar uma estimativa genérica global sem considerar as variações sazonais reais na dinâmica de sedimentação do fósforo e a sua manutenção nos sedimentos de fundo.

Modelos Matemáticos

• Um modelo matemático é uma imagem simplificada da realidade, que descreve quantitativamente os processos e trocas que ocorrem num sistema, permitindo seu estudo sem uma análise experimental, isto é, sem impactar o ambiente.

• Software STELLA (Structured Thinking Experimental Learning Laboratory with Animation)

- simulação temporal da dinâmica do fósforo sob diferentes cenários de aportes externos deste nutriente.

• Objetivo: avaliar o aumento da eutrofização (estimada pela clorofila-a) com a alocação de tanques-rede em parques aquícolas a serem criados no Reservatório de Três Marias

• Variáveis:- Estado: os pontos de acumulação de material/energia

dentro do sistema Retângulos

- Forçantes: ou de direção) são aquelas que afetam (“direcionam”) as variáveis de estado, mas não, necessariamente, são influenciadas por elas. Círculos

• Modelo CRITITA (Criação de Tilápia em Tanques)

• Variação da “Produção Primária”, do “Fósforo observado + Fósforo proveniente da ração” e do “Fósforo na água”, simulada pelo modelo CRITITA para Três Marias. Note diferenças na escala de valores.

Figura 6.7 - Variação da “Produção Primária”, do “Fósforo observado + Fósforo proveniente da ração” e do “Fósforo na água”, simulada SEM DILUIÇÃO pelo modelo CRITITA para Três Marias.

Referências Bibliográficas

• Fernando Starling, Carlos E. Pereira & Ronaldo Angelini. Definição da capacidade suporte do reservatório de Três Marias para cultivo intensivo de peixes em tanques redes. Estudo técnico-científico visando a delimitação de parques aquícolas no lago da usina hidroelétrica de Três Marias – MG. 2007

• Ecologia - de Indivíduos a Ecossistemas. Michael Begon, John L. Harper, Colin R. Townsend. 2007. 740p

• Instituto de Pesca SP, disponível em: http://www.pesca.sp.gov.br/imagens.php?pag=8

• Ambiente Brasil, disponível em: http://www.ambientebrasil.com.br