SISTEMA INTENSIVO SUSTENTÁVEL COM RECIRCULAÇÃO DE ÁGUA PARA

PRODUÇÃO DE PEIXES TROPICAIS, HORTALIÇAS E BIOGÁS

Rodrigo Aparecido Jordan, Faculdade de Ciências Agrárias da Universidade

Federal da Grande Dourados, Rodovia Dourados/Itahum, km 12, CP 533, CEP

79804-970, Dourados/MS. Tel: (67) 3410-2412. E-mail: rodrigojordan@ufgd.edu.br

Resumo

São mostrados os resultados do trabalho de desenvolvimento de um sistema

sustentável para criação de peixes tropicais, em regime intensivo com recirculação

de água conjuntamente com a produção de hortaliças e bioenergia. A água utilizada

nos tanques de criação de peixes é recirculada por um sistema de filtros para

remoção de dejetos sólidos e amônia. Integram o sistema de filtragem um

biodigestor e um sistema de aquaponia por onde circula a parte mais concentrada

dos dejetos removidos pelos filtros do sistema de recirculação. Os resultados obtidos

demonstram a viabilidade da produção de peixes e hortaliças de uma forma mais

sustentável no que se refere ao uso da água, através da recirculação, tratamento e

reutilização da mesma.

Palavras chave: sistema intensivo, ambiente controlado, recirculação, reuso de

água, sustentabilidade, bioenergia.

INTENSIVE SYSTEM WITH SUSTAINABLE WATER RECYCLING FOR

PRODUCTION OF TROPICAL FISH, VEGETABLES AND BIOGAS

Abstract

Shown are the first results of development work for creating a sustainable system of

tropical fish in intensive recirculating water, together with the production of

vegetables and bioenergy. The water used in fish breeding tanks is recirculated by a

system of filters to remove solid waste and ammonia. Part of the filtration system a

digester and a system through which circulates the aquaponics part of the

concentrated waste removed by the filters of the recirculation system. The results to

date demonstrate the feasibility of producing fish, vegetables in a more sustainable

with regard to the use of water through the recirculation and reuse of the same

treatment.

Keyworks: intensive systems, recycling, water reuse, sustainability, bioenergy.

INTRODUÇÃO

De valiosas características nutricionais e excelente fonte de proteína, o peixe

pode colaborar muito na alimentação da população brasileira, priorizando a

qualidade de vida por serem alimentos saudáveis, com menos colesterol e gorduras

saturadas.

A produção mundial de pescado vem se estabilizando nos últimos anos,

demonstrando uma estagnação dos estoques naturais. No Brasil, a situação é um

pouco mais delicada com drástica redução da produção entre as décadas de 80 e

90, obrigando o país a importar pescado para atendimento do mercado interno

(SONODA, 2002).

Com a redução dos estoques naturais, a aqüicultura vem ganhando cada vez

mais espaço no mercado, contribuindo para reduzir o déficit da produção pesqueira.

No entanto, a produção da aqüicultura, ainda não é suficiente para atender o

mercado, levando a importação de algumas espécies, principalmente marinhas,

como é o caso do salmão, importado do Chile.

Atualmente, a atividade de criação de peixes, ou piscicultura, já é responsável

por 26% da produção nacional de pescado, sendo a Região Sul e o Estado de São

Paulo, responsáveis por 38% dessa produção. (SONODA 2002).

Os principais organismos cultivados na aqüicultura brasileira são os peixes de

água doce, principalmente tilápias, carpas, tambaqui e pintados. Mais recentemente,

o pirarucu, ainda com problemas técnicos para produção de alevinos também tem se

destacado (OSTRENSKI, 2008). Na maricultura destacam-se o camarão-branco-do-

pacífico (Litopenaeus vannamei),a ostra-do-pacífico (Crassostrea gigas), o mexilhão

(Perna perna) e, como produtos emergentes os peixes marinhos (basicamente, o

beijupirá) e as macroalgas.

Dentre os sistemas de cultivo empregados, destaca-se o uso de viveiros,

geralmente manejados em regime semi-intensivo de produção (usados nos cultivos

de peixes e de camarões) e os long-lines (empregados nos cultivos de moluscos e

macroalgas). A produção de peixes em tanques-rede apresenta um enorme

potencial para se desenvolver no país, desde que sejam desatados os nós

burocráticos e legais para legalização do direito ao uso de espaços da União para

fins de aqüicultura (OSTRENSKI, 2008).

A produção semi-intensiva de peixes de água doce no Brasil é desenvolvida

em viveiros escavados, onde são exigidos grandes volumes de água devido a

elevada taxa de renovação, restringindo o crescimento da piscicultura, que

consegue se desenvolver apenas em propriedades que possuem água em

abundância, costeiras, banhadas por rios ou, que possuam grandes nascentes.

Nas ultimas décadas a criação de peixes em sistemas super-intensivos, com

recirculação da água utilizada tem atraído a atenção dos cientistas e investidores,

uma vez que permitem alcançar altas produtividades, requerendo espaços

relativamente pequenos, além de baixo consumo de água. Entretanto, a viabilização

do sistema passa por um rígido controle de temperatura, do oxigênio dissolvido e de

metabólitos, principalmente os nitrogenados, oriundos da alimentação (rações), urina

e fezes que podem levar a intoxicação e morte dos peixes.

JORDAN et al. (2011) demonstraram que a produtividade em um sistema

intensivo, considerando a introdução de alevinos com 3 g, pode alcançar valores de

50 ton ha-1 ano-1 (área total ocupada pelo sistema), com um tempo de produção de 6

a 7 meses. Se considerada a introdução de juvenis de 100-120 g, num regime de

terminação, o tempo de produção é reduzido para 3 meses e, a produtividade sobe

para 100 ton ha-1 ano-1 (área total ocupada pelo sistema). As melhores médias

nacionais para viveiros escavados foram obtidas na região de Toledo-PR, com

tilápia, 10 - 12 ton ha-1 ano-1 (EMATER-PR, 2004). Porém, a média nacional

calculada por OSTRENSKI (2008) era de pouco mais de 2 ton ha-1 ano-1 até 2004,

onde o tempo de criação pode ultrapassar 10 meses nas regiões mais frias.

Com relação ao consumo de água, no sistema intensivo montado e avaliado

por JORDAN et al. (2011), este foi de 900 L kg de peixe-1, ao passo que em viveiros

escavados este consumo é de 16200 L kg de peixe-1.

Além da elevada produtividade e do baixo consumo de água, outra vantagem

do sistema intensivo esta relacionada ao rígido controle da espécie criada, onde,

praticamente, não existe a possibilidade de fuga de peixes para os rios, o que

poderia causar desequilíbrios ambientais, em se tratando do cultivo de uma espécie

exótica, como é o caso da tilápia. Este fator contribui para a redução dos entraves

legais relacionados as questões ambientais na implantação de projetos de

piscicultura, além de custos com licenças ambientas, o quais se tornam um fator

limitante, devido a situação econômica de muitos produtores.

No sistema intensivo tem-se um controle maior das condições ambientais,

principalmente, da temperatura, fator preponderante no tempo de crescimento e

engorda dos peixes. Em temperatura ideal este tempo é reduzido, fazendo com que

a criação tenha maior rotatividade e consequente lucro. Porém, os sistemas de

aquecimento consomem energia, implicando em aumento de custos da criação

durante as estações mais frias (outono e inverno).

Como animais ectotérmicos, os peixes apresentam variação na velocidade

dos processos metabólicos em função da temperatura da água. Dentro dos limites

de tolerância térmica, quanto mais elevada a temperatura, maior será a velocidade

de crescimento do peixe, sendo o contrário observado em temperaturas mais baixas

(SCHMIDT-NIELSEN, 1997).

O tratamento da água é outro gargalo tecnológico do sistema intensivo,

principalmente a questão de remoção de amônia (JORDAN et al., 2011). Onde se

faz necessário o emprego de sistemas de filtragem que sejam eficientes e viáveis

economicamente.

Neste aspecto a aquaponia mostra-se interessante, pois a água fertilizada é

utilizada para o cultivo de plantas e hortaliças (CORTEZ et al., 2009), que ao se

desenvolverem vão auxiliar na remoção de matéria orgânica e outros compostos

presentes na água, como é o caso da amônia, bastante prejudicial ao

desenvolvimento dos peixes.

A aquaponia é uma técnica que integra a produção de peixe e plantas em um

ambiente simbiótico, no qual os resíduos dos peixes são usados como fertilizantes

(ROOSTA e AFSHARIPOOR, 2012). Geralmente neste sistema é necessária a

utilização de um sistema intensivo de recirculação de água, denominado, RAS

(Recirculation Aquaculture Systems), o qual oferece certa facilidade no controle das

condições do cultivo vegetal e criação de peixes, proporcionando a otimização do

sistema, além do alto padrão de qualidade comercial (DEDIU et al., 2012).

O principal obstáculo para uma grande difusão do sistema RAS é

representado pela necessidade de alto investimento inicial, então uma medida

encontrada para amenizar esta dificuldade é a utilização de grandes densidades de

peixes nos tanques de criação. Não obstante, isso requer grande atenção e

conhecimento técnico, pois a qualidade da água deve ser mantida constante, para

não reduzir o bem-estar do animal, (ROQUE D'ORBCASTEL et al., 2009).

Outra medida importante é a utilização dos resíduos providos da criação dos

peixes, pois o sistema pode ser integrado com um biodigestor, que permite a

produção de biogás e biofertilizante, sendo que o biogás pode ser aplicado para

atender as necessidades energéticas do sistema de criação (HOQUE et al., 2012).

Enquanto que o biofertilizante pode ser aplicado no cultivo de hortaliças e até no

cultivo de microalgas para alimentação dos peixes.

A combinação da aquacultura com técnicas de hidrocultura, pode fornecer

uma fonte de renda alternativa para o produtor, onde, além de proporcionar redução

da poluição, contribui também para o aumento da rentabilidade, devido ao reduzido

consumo de água e a exploração de outra fonte de renda (DEDIU et al., 2012).

O elevado custo associado aos sistemas intensivos mencionados por alguns

autores pode ser contornado com o uso de materiais e soluções alternativas aos

sistemas comercializados por algumas empresas, que já estão oferecem o sistema

no Brasil, as quais se baseiam em sistemas desenvolvidos em países como os

Estados Unidos, onde a realidade financeira é bem diferente da realidade dos

pequenos produtores brasileiros.

OBJETIVO

Desenvolver um sistema de criação intensiva de peixe, com recirculação,

integrado a um biodigestor e a um sistema de produção vegetal (aquaponia), de

baixo custo, para produção de peixes, hortaliças e biogás com o mínimo consumo

de água, possibilitando a criação de peixes em locais que não dispõem de água em

abundância, beneficiando pequenos produtores, comunidades rurais e assentados.

MATERIAL E MÉTODOS

O sistema foi implantado numa área pertencente a Faculdade de Ciências

Agrárias da Universidade Federal da Grande Dourados, onde foi construída uma

estufa com 100 m2, sob a qual foi montado o sistema de criação intensiva com

recirculação composto por 10 tanques de fibra de 500 L cada (Figuras 1 e 2).

Figura 1. Estufa para criação de peixes.

Figura 2. Sistema de criação de peixes com recirculação recirculação montado sob a

estufa.

A estrutura da estufa foi montada com sobras de madeira usadas em

construções (escoras e sarrafos). Os tanques de criação (caixas d’água de fribra de

500 L) foram conectados a um sistema de filtragem para remoção de sólidos e

amônia, composto por três filtros montados em série, onde a água circula num

sistema fechado, retornando posteriormente aos tanques de criação. As Figuras 3, 4

e 5 mostram os filtros. A Figura 6 mostra o retorno de água filtrada para os tanques

de criação.

Figura 3. Primeiro filtro: remoção de sólidos.

Figura 4. Segundo filtro: remoção de sólidos e amônia.

Figura 5. Terceiro e último filtro: remoção de amônia.

Figura 6. Retorno de água filtrada para os tanques de criação.

Os filtros foram preenchidos com cacos de telhas e cacos de tijolos, brita,

areia grossa e tela tipo sombrite. A estufa mantém a água numa faixa de

temperatura adequada para as tilápias (entre 26 e 28 ºC) na maioria dos dias. Nos

dias mais frios foi empregada uma bomba de calor e um queimador a lenha para

manter a temperatura da água próxima de 26 ºC.

A saída de água dos tanques é sifonada, possuindo uma válvula para a

descarga de fundo, por onde é removido o material mais pesado (fezes e restos de

ração), o qual é canalizado para um reservatório enterrado (Figura 7).

Posteriormente é feito o bombeamento desse material para um segundo tanque,

onde ocorre a decantação e a separação da água residuária dos dejetos (parte mais

concentrada), que ficam no fundo, sendo depois direcionados para um biodigestor,

produzindo biogás e biofertilizante.

Figura 7. Reservatório para recolhimento da descarga de fundo.

O biodigestor foi montado com 4 caixas de fibra de 500 L, viradas uma de

boca para outra, constituindo assim, dois módulos de biodigestão, com câmaras de

digestão de 500 L e gasômetros fixos também de 500 L (Figuras 8 e 9). Os mesmos

ficam dentro da estufa e foram pintados com tinta preta fosca para manter o

aquecimento necessário ao processo de biodigestão.

Figura 8. Funcionamento do biodigestor.

Figura 9. Biodigestor instalado na estufa.

A água residuária é enviada para dois reservatórios de 1000 L, onde é

misturada com o biofertilizante e utilizada numa aquaponia para produção de

hortaliças. A bancada de aquaponia foi inicialmente montada com cavaletes de

madeira (restos de construção) e 8 tubos de PVC de 100 mm de diâmetro (Figura

10). Posteriormente, os tubos de PVC foram substituídos por duas folhas de telha de

fibrocimento de 6 mm de espessura, com 3,66 m de comprimento e 1,10 m de

largura, formando ao todo 12 canais de cultivo (Figura 11). Após a substituição

foram avaliados dois tipos de substrato: pedra brita n.º 3 e espuma flexível de

poliuretano, utilizada em estofaria.

No sistema de aquaponia, a água recircula em um sistema fechado, entre a

bancada e os reservatórios de 1000 L. Em intervalos de 2 dias era feita a medição

de amônia na água com emprego de testes colorimétricos (Figuras 12 e 13). Quando

a concentração atingia o valor zero, a água era bombeada para um reservatório

elevado, de 1000L (Figura 14), para voltar a ser utilizada no sistema de criação de

peixes como água de reposição.

Figura 10. Sistema de aquaponia montado inicialmente, composto por tubos de PVC

preenchidos com pedra brita n.º 3.

Figura 11. Substituição dos tubos de PVC por telhas de fibrocimento.

Figura 12. Concentração de amônia da água que entra no sistema de aquaponia.

Figura 13. Concentração zero de amônia: condição para a água sair do sistema de

aquaponia e voltar a ser utilizada no sistema de criação de peixes.

Para um melhor entendimento, a Figura 15 mostra um esquema geral de

funcionamento do sistema com cada componente: sistema de criação e recirculação,

coleta de dejetos, biodigestor e aquaponia. A Figura 16 mostra um fluxograma

simplificado com cada etapa de funcionamento do sistema.

Figura 14.Reservatório de água tratada no sistema de aquaponia, pronta para

retornar ao sistema de criação de peixes.

Figura 15. Esquema básico geral do sistema.

Figura 16. Fluxograma básico com as etapas de funcionamento do sistema.

A espécie de peixe utilizada nos experimentos foi a tilápia Gift (Oreochromis

niloticus). Sua escolha se deu, principalmente, pelo conhecimento do seu ciclo

produtivo, manejo alimentar e disponibilidade de alevinos em todas as épocas do

ano.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

O sistema foi colocado em operação em 21 de maio de 2012 e está em

operação desde então. Os resultados apresentados referem-se a observações

realizadas de maio a dezembro de 2012.

Sistema de recirculação

A média de alojamento foi de 90 alevinos em cada tanque de criação,

resultando em uma densidade média de 180 peixes por metro cúbico de água. Os

níveis de amônia se mantiveram em condições aceitáveis, por volta de 0,25 mg L-1

de amônia total e 0,002 mg L-1 de amônia tóxica (Figura 17). A baixa concentração

de amônia demonstra que o sistema de filtragem funcionou de forma satisfatória. O

pH se manteve entre 7,0 e 7,2 (Figura 18), sendo feita correção com a adição de

silicato de alumínio quando necessário.

Figura 17. Concentração de amônia na água dos tanques de criação de peixes.

Figura 18. Condição de pH da água do sistema de recirculação.

O sistema de filtragem de acordo com o relatado por Jordan et al. (2011) é

um dos gargalos técnicos do sistema de criação intensiva com recirculação. No

trabalho desses autores foram relatados níveis de amônia tóxica críticos, acima de

0,04 mg L-1 (6,5 mg L-1 de amônia total) a partir da 9ª semana, com uma densidade

populacional de 91 tilápias por metro cúbico de água e alimentação diária na base

de 2% peso médio dos peixes.

De acordo com Boyd e Tucker (1998) os limites máximos de nitrogênio na

forma de amônia total em viveiros de aquicultura devem estar entre 0,4 e 2,0 mg L-1.

EMATER-PR (2004), cita que uma concentração de amônia total de 0,5 mg L-1 é a

ideal para tilápias.

A Figura 19 mostra a escala de desenvolvimento dos peixes, o qual se deu de

forma satisfatória no período avaliado, com resultados semelhantes aos obtidos por

Jordan et al. (2011). A conversão alimentar média nos primeiros 30 dias foi 1,03:1

um excelente resultado quando comparado ao obtido por Jordan et al. (2011), que

foi de 1,16:1 em 9 semanas, o mesmo valor encontrado por EMATER (2004). A

elevada conversão alimentar é explicada pelo fato dos peixes se alimentarem

também de microalgas que crescem nos tanques, complementando assim a

alimentação. A Tabela 1 mostra a evolução do peso e comprimento dos peixes

desde o início até os 90 dias de alojamento no sistema.

Figura 19. Escala de crescimento dos peixes.

Tabela 1. Desenvolvimento dos peixes.

Tempo de alojamento Peso (g) Comprimento total (cm)

Início 30 14 30 dias 48 16 45 dias 75 17 60 dias 120 23 90 dias 280 28

Sistema de aquaponia

A integração com a produção vegetal produziu bons resultados, evidenciado

pelo desenvolvimento satisfatório das plantas introduzidas no sistema. Os resíduos

da criação de tilápia forneceram os nutrientes necessários para a produção de

hortaliças sem a necessidade de adição de fertilizantes químicos.

A Tabela 2 apresenta os resultados da análise da água fertilizada pelos

peixes (água residuária utilizada na aquaponia) e da água utilizada para reposição,

que é proveniente de um poço artesiano, sendo possível verificar significativos

incrementos nas concentrações de cálcio, ferro, fósforo, magnésio, manganês,

ortofosfato solúvel, e zinco.

Tabela 2. Concentração de nutrientes (mg L-1) presentes na água de reposição e na água fertilizada pelos peixes.

Nutrientes Água de reposição Água residuária Incremento (%)

Amônia 4,2 4,9 +16,66 Cálcio 1,01 4,38 +333,66 Ferro 0,02 0,24 +1100 Fósforo total 1,30 19,53 +1402, 31 Magnésio 0,75 2,78 +270, 67 Manganês 0,02 0,07 +250 Nitrato 1,9 3,1 +63,16 Nitrito 3,0 1,0 -66,67 Nitrogênio amoniacal

4,2 4,9 +16,67

Nitrogênio orgânico 6,3 7,7 +22,22 Ortofosfato solúvel 0,25 46 +18300 Potássio 1 22 + 95,45 Sódio 17,2 3,9 -77,33 Zinco 0,00 0,02 +200 Obs.: Análises realizadas pelo Laboratório Solanalise, Cascavel, PR. Metodologia: Official Methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists.

As Figuras 20 e 21 mostram o cultivo de alface roxa e rúcula quando os

canais de cultivo do sistema de aquaponia eram formados por tubo de PVC branco

de 100 mm, utilizando pedra brita n.º 3 como substrato.

Figura 20. Vários estádios de desenvolvimento da alface roxa no sistema de

aquaponia com tubos de PVC.

Figura 21. Vários estádios de desenvolvimento da rúcula no sistema de aquaponia

com tubos de PVC.

Devido a dificuldade na realização da limpeza dos tubos e troca do substrato

ao final de uma cultura e início de outra, os tubos de PVC foram substituídos por

telhas de fibrocimento. Nessa segunda fase, foram realizados testes utilizando

alface crespa, onde foram avaliados dois tipos de substratos (Figura 22): espuma

flexível de poliuretano (EFP) e pedra brita n.º 3 (PB3).

Figura 22. Substratos utilizados em testes com alface crespa no sistema de

aquaponia com telha de fibocimento.

Para cada planta foi utilizado um pedaço de espuma com volume de 63 cm3,

cuja dimensões compreenderam: 3 cm de altura, 3 cm de largura e 7 cm de

comprimento. A densidade da espuma era de 0,021 g cm-3, com capacidade de

armazenar até 17,12 ml de água.

A Figura 23 mostra o aspecto da alface crespa no sistema de aquaponia

após 21 dias de transplante. Após 32 dias do transplante alguns pés foram colhidos

e levados ao laboratório para as análises comparativas (número de folhas, massa

seca e massa fresca). O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com 2

tratamentos que correspondem aos substratos, e 6 repetições, totalizando 12

parcelas.Cada parcela foi constituída por 5 plantas, onde o espaçamento entre

linhas foi delimitado pela telha de cimento amianto, correspondendo a 18 cm e, 20

cm entre plantas. A unidade experimental foi representada por 3 plantas de cada

parcela, desprezando-se duas plantas de cada extremidade.

Com relação as características produtivas da alface aquapônica, são

apresentados na Tabela 3 as massas seca e fresca da parte aérea (g planta-1),

assim como a respectiva produtividade (t ha-1). A massa fresca e a massa seca da

parte aérea apresentaram diferença significativa entre os dois substratos utilizados,

com médias de 95,48 g planta-1 e 4,10 g planta-1, respectivamente, obtidas utilizando

EFP. Enquanto que utilizando PB3 os valores de massa fresca e massa seca da

parte aérea são 86,20 g planta-1 e 3,50 g planta-1, respectivamente. A produtividade

não apresentou diferença significativa, apesar da superioridade de 2,32 t ha-1

quando se utilizou EFP.

Figura 23. Aspecto geral da alface crespa após 21 dias do transplante.

Tabela 3. Massa fresca da parte aérea (g planta-1), massa seca da parte aérea (g planta-1) e produtividade (t ha-1).

Tratamentos Variáveis Analisadas

Massa Fresca da Parte aérea

Massa Seca da Parte aérea

Produtividade

PB3 86,20 a 3,50 a 21,55 a EFP 95,48 b 4,10 b 23,87 a

CV (%) 6,90 1,28 6,90

*Valores seguidos pela mesma letra na coluna não diferem em si, pelo teste Bonferroni a 5 % de probabilidade.

Na literatura são reportados varios resultados obtidos com relação a massa

da parte aérea da alface, Kano et al. (2012) utilizando cultivar Verônica no cultivo

com solo, avaliando diferentes doses de fósforo, apresentaram valores máximos de

massa fresca e massa seca de 166 g planta-1 e 11 g planta-1, respectivamente.

Porém, Duarte et al. (2012) avaliando diferentes concentrações de adubo orgânico,

também em cultivo com solo, com a cultivar Regina 2000, apresentaram valores

semelhantes aos encontrados neste trabalho, com massa fresca e massa seca de

90,30 g planta-1 e 4,86 g planta-1, respectivamente. Assim como, Martins et al. (2009)

em cultivo hidropônico, com massa seca de 5,68 g planta-1. Esses mesmos autores

obtiveram produtividade de 51,12 t ha-1 trabalhando a cultivar Verônica.

Por se tratar de um sistema aquapônico, onde a produção de hortaliças pode

ser considerada um complemento à renda proveniente da criação de peixes

(ROOSTA e AFSHARIPOOR, 2012), as massas e produtividades apresentadas pela

alface foram, logo, o papel das hortaliças em relação a todo o sistema esta sendo

realizado, pois esta ocorrendo a recuperação dos nutrientes apresentados na Tabela

2, provenientes da criação de peixes e, concomitantemente, geração de uma fonte

alternativa de renda para o produtor.

Na Tabela 4 pode-se observar a massa fresca das folhas (g planta-1), o

número de folhas e a porcentagem de talo por planta (%). A parte aérea da alface

pode ser dividida em talo e folhas, onde o talo corresponde ao caule da planta

(KANO, et al., 2011) e as folhas equivalem a porção comestível da planta (SANTOS

et al., 2010).

Tabela 4. Massa fresca (g planta-1), número de folhas, porcentagem de talo por planta (%) porcentagem de água.

Tratamentos Variáveis Analisadas

Massa Fresca das Folhas

Número de Folhas

Porcentagem de Talo por Planta

PB3 73,79 a 12,20 a 12,16 a EFP 83,85 b 14,90 b 14,38 b

CV (%) 6,54 2,51 6,04

*Valores seguidos pela mesma letra na coluna não diferem em si, pelo teste Bonferroni a 5 % de probabilidade.

A massa fresca das folhas no tratamento utilizando EFP foi superior em 10,06

g planta-1, em relação ao tratamento com PB3. A porcentagem de talo presente nas

plantas também foi superior no tratamento EFP, com 14,38% de talo, enquanto que

o PB3 apresentou 12,16% de talo.

Pode-se atribuir estes resultados ao maior tempo de retenção da água e

simultâneamete nutrientes nas proximidades das raízes quando se utiliza EFP como

substrato, de modo que, o fluxo de água utilizado em um sistema aquapônico

interfere nas caracteríscas produtivas da alface (DEDIU et al., 2012).

O número de folhas encontradas no tratamento EFP e PB3 foi de 14,90 e

12,20, respectivamente. Kano et al. (2012) avaliando diferentes doses de adubação

fosfatada obtiveram um número de folhas variando entre 18 e 24. Não obstante,

Santos et al. (2010) comparando três sistemas de cultivo da alface, encontraram

para o cultivo orgânico, convencional e hidrôponico, médias de 34,96, 31,54 e 33,42,

respectivamente. Nota-se que há grande variação do número de folhas, podendo

este parâmetro estar mais relacionado ao fator genético da espécie do que apenas

pela questão nutricional (SANTOS et al., 2010).

Realizou-se a análise química das plantas dos dois tratamentos na fase de

diagnose foliar com o objetivo de avaliar o estado nutricional das plantas. São

apresentadas na Tabela 5 a concentração de macronutrientes presentes na parte

aérea da alface (g kg-1) cultivada em EFP e PB3. Pode-se observar que ocorreu um

aumento da concentração de quase todos os macronutrientes quando se utilizou a

EFP como substrato.

Tabela 5. Concentração de macronutrientes (g kg-1) presentes na parte aérea da alface cultivada em espuma flexível de poliuretano (EFP) e pedra brita 3 (PB3).

Determinação Elemento Espuma flexível de poliuretano (EFP)

Pedra brita (PB3)

Fósforo P 5,81 5,99 Nitrogênio N 34,38 32,46 Potássio K 54,00 52,00 Cálcio Ca 18,05 15,40 Magnésio Mg 2,90 2,65 Enxofre S 4,28 3,58

Os teores de P foram adequados para os dois tratamentos com valores para

EFP e PB3 de 5,81 e 5,99 g kg-1, respectivamente. Pode-se observar, que a

concentração de P apresentada foi maior quando se utilizou PB3 como substrato. Os

teores de fósforo geralmente apresentam maior concentração, quando a planta se

aproxima do estádio reprodutivo, o P acumulado é utilizado no pendoamento,

florescimento e formação da semente (KANO, et al., 2011). Possivelmente a menor

concentração de nutrientes nas plantas com PB3 proporcionaram uma situação

adversa ao desenvolvimento vegetativo, resultando no acúmulo prematuro de

fósforo.

A concentração de P recomendada por Raij et al. (1996) para parte aérea,

esta na faixa de 4 a 7 g kg-1. Resultados semelhantes foram encontrados por Martins

et al. (2009) que realizando uma curva de absorção de nutrientes em alface

hidropônica obtiveram um teor de 5,8 g kg-1 de P. Almeida et al. (2011) também em

cultivo hidropônico, avaliando diferentes soluções nutritivas, encontraram teores de

P variando entre 1,3 e 5,4 g kg-1. Estes resultados são condizentes com o reportado

por Kano et al. (2012), que avaliando o acúmulo de nutrientes na alface em resposta

a diferentes doses de adubação fosfatada cultivada em solo, encontraram valores

variando entre 2,1 a 5,0 g kg-1.

Conforme Raij et al. (1996) os teores foliares de nitrogênio e de potássio

foram adequados para os dois tratamentos, pois estiveram na faixa de 30 a 50 g kg-1

de N e 50 a 80 g kg-1 de K. Resultados semelhantes foram obtidos por Kano et al.

(2012), que avaliando o acúmulo de nutrientes na alface em resposta a diferentes

doses de adubação fosfatada cultivada em solo, encontraram teores variando entre

32 a 37 g kg-1 de N e 57 a 62 g kg-1 de K. Almeida et al. (2011) em cultivo

hidropônico obtiveram concentrações reduzidas de macronutrientes em relação a

este trabalho, com teores de N variando entre 9,5 a 23,2 g kg-1 e teores de K

variando entre 3,2 a 58,9 g kg-1. No entanto, Martins et al. (2009) em alface

hidropônica obtiveram teores elevados de N e K, com concentrações de 50,7 g kg-1

de N e 75,9 g kg-1 de K.

As concentrações de cálcio foram adequadas, pois estiveram na faixa de 15 a

25 g kg-1 (RAIJ et al.,1996), com valores de 18,05 g kg-1 utilizando EFP e 15,40 g kg-

1, utilizando PB3. Resultados semelhantes foram encontrados por Kano et al. (2012)

que avaliando o acúmulo de nutrientes na alface cultivada em solo, encontraram

teores de Ca variando entre 13 a 16 g kg-1. Almeida et al. (2011) em cultivo

hidropônico relataram concentrações menores de Ca em relação a esse trabalho,

com teores variando entre 3,6 a 12,1g kg-1.

Quanto ao magnésio, os dois tratamentos (EFP e PB3) obtiveram valores

abaixo da faixa considerada adequada (4 a 6 g kg-1) por Raij et al. (1996). Porém,

não apresentaram sintomas visíveis de deficiência. Os teores de enxofre foram

adequados para os dois tratamentos, pois apresentaram teores variando entre 1,5 a

2,5 g kg-1. Kano et al. (2012), encontraram resultados semelhantes com teores de

Mg e S variando entre 3,1 a 3,6 g kg-1 e 1,3 a 1,9 g kg-1, respectivamente. Em cultivo

hidropônico Almeida et al. (2011) encontraram teores de Mg entre 0,7 e 5,5 g kg-1 e

de 1,5 g kg-1 para o S.

Em relação aos micronutrientes são apresentadas na Tabela 6 as

concentrações presentes na parte aérea das alfaces (mg kg-1) cultivadas em EFP e

PB3.

Tabela 6. Concentração de micronutrientes (mg kg-1) presentes na parte aérea das alfaces cultivadas em espuma flexível de poliuretano (EFP) e pedra brita 3 (PB3).

Determinação Elemento Espuma flexível de poliuretano (EFP)

Pedra brita (PB3)

Cobre Cu 7,00 6,00 Zinco Zn 42,50 28,50 Manganês Mn 200,00 141,00 Boro B 35,33 34,42 Ferro Fe 580,00 230,00

Em geral, o tratamento onde foi utilizado EFP apresentou maiores teores de

micronutrientes na parte aérea da alface. O teor de cobre para EFP esteve dentro do

adequando (7 a 20 mg kg-1), enquanto que para PB3 a concetração foi abaixo do

considerado adequado por Raij et al. (1996). Resultados semelhantes foram

reportados por Kano et al. (2012), que obtiveram teores de Cu variando entre 1,5 a

11,2 mg kg-1.

Para Raij et al. (1996) a concentração de Zn deve estar entre 30 a 100 mg kg-

1. Sendo assim, para o tratamento com EFP o teor apresentado (42,50 mg Kg-1) se

mostrou adequado. Contudo, quando observado o teor para PB3 (28,50 mg kg-1),

este ficou abaixo do limite recomendado. Kano et al. (2012) avaliando o acúmulo de

nutrientes na alface cultivada em solo, encontraram teores variando entre 23 a 24

mg kg-1 de Zn.

Os teores de manganês encontrados estiveram acima do considerado

adequado por Raij et al. (1996), que apresentam como ideal, teores entre 30 a 150

mg kg-1 de Mn. Enquanto que, Kano et al. (2012) encontraram valores de Mn

variando entre 59 a 76 mg kg-1. O teor de B manteve-se abaixo da faixa considerada

adequada (30 a 60 mg kg-1) por Raij et al. (1996). Resultados semelhantes foram

reportados por Kano et al. (2012) que obtiveram teores de B variando entre 23 a 25

mg kg-1.

Quanto ao ferro, os teores encontrados estão acima do recomendado por Raij

et al. (1996), que apresentam como adequado, valores entre 50 a 150 mg kg-1. Ao

passo que Kano et al. (2012) obtiveram teores de Fe entre 122 a 167 mg kg-1.

Entre os macronutrientes apenas o Mg apresentou concentração abaixo do

adequado. Entre os micronutrientes, o B apresentou concentrações abaixo do

adequando para os dois substratos utilizados, equanto que o Zn e Cu estiveram

abaixo apenas no tratamento com PB3. Porém, não foram observadas caracteísticas

que possam comprometer a comercialização das hortaliças.

A respeito do tempo para redução da concentração de amônia para zero,

observou-se durante o experimento que nas duas primeiras semanas após o

transplante, eram necessários de 7 a 8 dias para que a água apresentasse

condições para retornar ao sistema de criação de peixes. A partir da terceira

semana, com o crescimento das plantas e maior necessidade por nutrientes, esse

tempo caiu para apenas 4 dias. As Figuras 24, 25 e 26 mostram o aspecto da água

em várias fases do processo de tratamento: após ser coletada do sistema de criação

(entrada do biodigestor); após a passagem pelo biodigestor (biofertilizante); e, após

a passagem pelo sistema de aquaponia, em condições de retornar ao sistema de

criação.

Figura 24. Aspecto da água na caixa de decantação (entrada do biodigestor).

Figura 25. Aspecto da água na saída do biodigestor.

Figura 26. Aspecto da água após passar pelo sistema de aquaponia.

Biodigestão do dejeto de peixe

O biodigestor desempenhou um papel importante na integração entre a

criação intensiva de peixes e o sistema de aquaponia, promovendo a solubilização

dos nutrientes, possibilitando uma melhor absorção pelas plantas. O processo de

biodigestão provoca a redução do teor de sólidos e, as plantas num sistema

hidropônico, necessitam dos nutrientes na forma líquida.

O volume médio diário de dejetos gerados pela criação intensiva de peixes foi

de 200 litros. Durante a decantação, cerca de 50 litros eram destinados ao

biodigestor. Considerando o volume dos dois digestores que compunham o

biodigestor (500 litros), resultou em um tempo de retenção médio de 20 dias.

Durante o período de observação ocorreram alguns vazamentos no

biodigestor, dificultando a avaliação do volume de biogás gerado. Porém, uma

análise do teor de sólidos (Tabela 7) dos dejetos que entravam no biodigestor

(Figura 24) e do biofertilizante (Figura 25), revelou que o processo de biodigestão

estava ocorrendo de maneira satisfatória. Com base na redução do teor de sólidos,

verificou-se uma eficiência de 96% do processo de biodigestão.

Tabela 7. Análise de teor de sólidos (ST), demanda química de oxigênio (DQO) e

demanda bioquímica de oxigênio (DBO) para o processo de biodigestão dos dejetos

de peixe.

Material ST (%) DQO (mg de 02 L-1) DBO (mg de 02 L

-1)

Entrada 1,76 7883,3 1560,5

Saída 0,07 494,0 27,4

Para uma melhor avaliação da geração de biogás montou-se um experimento

em menor escala, com pequenos biodigestores tipo batelada, onde foram

empregadas bombonas de 50 L configurando as câmaras de digestão, as quais

foram ligadas a gasômetros fabricados de tubos de PVC (Figuras 27 e 28).

Na construção dos gasômetros, utilizou-se dois tubos PVC branco, ambos

com 50 cm de altura e diâmetro de 75 mm para a parte externa e de 50 mm para a

parte interna. A parte externa do gasômetro foi fechada com cap de 75 mm (parte

inferior), bem como na lateral do tubo foi instalado um dreno (parte superior), para

saída da água. A parte interna do gasômetro foi fechada com cap 50 mm (parte

superior), neste foi instalado um espigão macho 1/4 x 3/8, para entrada do gás.

Figura 27. Esquema geral do modelo de biodigestor e gasômetro experimental para

produção de biogás.

Figura 28. Fotografia dos biodigestores batelada e gasômetro de PVC.

Foram montados dois biodigestores tipo batelada: o primeiro foi alimentado

com a descarga de fundo sem ser decantada; o segundo, foi alimentado com o

decantado da descarga de fundo, material similar ao utilizado no biodigestor

montado no sistema. O período de avaliação foi de 16 dias. Porém, devido a

vazamentos ocorridos no gasômetro, o período confiável para consideração dos

dados foi de 10 dias.

Nesse período, o biodigestor alimentado com a descarga de fundo sem

decantação não apresentou produção de biogás, indicando a não viabilidade do

emprego da descarga de fundo sem decantação, devido ao baixo teor de sólidos. No

biodigestor alimentado com o decantado a produção diária de biogás, variou entre

A respeito do consumo de água, antes da aquaponia entrar em operação, a média

diária era de 360 litros, representando 5,5% da água que circula pelo sistema. Com

a entrada da aquaponia em operação e a reciclagem da água de descarga de fundo

dos tanques de criação para reposição no sistema, o consumo médio diário passou

para 200 litros, aproximadamente 3% de toda a água que circula no sistema.

O gasto médio mensal com energia elétrica e ração nos meses com

temperatura mais elevada, onde não foi necessário o uso de aquecimento, foi da

ordem de R$ 204,00. Nos meses mais frios (junho, julho e agosto), onde foi

necessário o uso do sistema de aquecimento, o gasto médio mensal se elevou para

R$ 445,00 devido ao consumo de energia elétrica da bomba de calor e do sistema

auxiliar, composto por uma resistência elétrica de 13 kW.

Pode-se verificar que o aquecimento foi o que mais pesou no custo

operacional do sistema intensivo, tendo em vista a região onde se encontra

implantado o projeto, com temperaturas muito próximas de zero no inverno,

inclusive, com geadas. Assim, além da bomba de calor, outras opções para

aquecimento foram avaliadas, como o uso de gás GLP e lenha.

No caso da lenha (Figura 9), ao invés do aquecimento da água, optou-se pelo

aquecimento do ar da estufa. Neste caso, foi utilizado um sistema simples, com

queima direta da lenha dentro da estufa, o qual evitou que a temperatura da água

atingisse valores inferiores a 23 ºC nos dias mais frios. Condição esta abaixo da

ideal, que é 26 ºC. Porém, melhor do que sem o aquecimento, onde a temperatura

poderia atingir valores menores. Fato que aconteceu em um dia onde a temperatura

ambiente esteve abaixo de 6 ºC, o que levou o congelamento do evaporador da

bomba de calor (Figura 10), afetando a sua capacidade, ocasionando a redução da

temperatura dos tanques para 15 ºC, o que foi quase fatal para a criação de peixes.

Figura 9. Queimador a lenha usado para aquecimento do ar da estufa no

inverno.

Figura 10. Congelamento do evaporador da bomba de calor no inverno.

A situação de emergência criada pelo congelamento do evaporador da bomba

de calor, levou ao uso da lenha, a qual depois foi considerada como uma opção. A

resistência elétrica de 13 kW como sistema auxiliar foi instalada posteriormente.

Apesar de apresentar maior consumo de energia elétrica, tinha a comodidade de

não necessitar de supervisão humana constante, por ser automatizada através de

um controlador de temperatura.

A lenha utilizada foi proveniente de restos de construção. Assim, o custo

envolvido foi o do transporte para a coleta do material. No entanto, na avaliação

desta como uma opção de aquecimento considerou-se o custo da sua aquisição. A

estimativa para o consumo de lenha e GLP foi baseada nos dados de consumo de

energia elétrica do sistema de aquecimento instalado (bomba de calor e resistência

elétrica), o qual teve o seu consumo medido durante o período.

Para as estimativas, considerou-se o COP da bomba de calor igual a 3, o

poder calorífico da lenha igual a 18 MJ kg-1, o poder calorífico do GLP igual a 48,16

MJ kg-1 e o poder calorífico da energia elétrica igual a 3,6 MJ kW -1. Foi considerado

o preço do botijão de GLP de 13 kg no mercado local, que é R$ 48,00. Para a lenha,

considerou-se a madeira de eucalipto a um preço de R$ 50,00 por metro cúbico

estereo (aproximadamente 500 kg). Para a energia elétrica, foi considerada uma

tarifa rural, no valor de R$ 0,20 por kWh.

Considerando a situação onde o evaporador da bomba de calor não

congelasse, ou seja, o aquecimento fornecido pela resistência elétrica, seria também

fornecido pela bomba de calor, o custo de aquecimento seria de R$ 1,22 por

quilograma de peixe produzido. Para a lenha o custo seria de R$ 0,36 por

quilograma de peixe produzido e, para o GLP, este custo seria de R$ 5,05 por kg de

peixe produzido.

Como pode ser observado, o GLP seria uma opção muito cara e

economicamente inviável, tendo em vista que o custo da criação convencional (em

tanques escavados) gira em torno de R$ 2,90 por quilograma de peixe produzido

(Rodrigues et al., 2011).

A lenha com um queimador de baixo custo e baixa tecnologia em termos de

controle se mostrou a opção mais barata para aquecimento no inverno. Porém, tal

como foi testado, justamente pela falta de automação, apresentou o inconveniente

de necessitar de supervisão para verificação da temperatura e realização de

alimentação. Custo este que não foi computado, levando-se em consideração a

adoção pela agricultura familiar, onde membros de uma família se revezariam na

operação do sistema.

A bomba de calor, apesar de ter apresentado um custo de aquecimento 3,4

vezes maior que o da lenha, tem a vantagem de ser totalmente automatizada,

dispensando a necessidade de supervisão. Porém, para aplicações em regiões mais

frias, o projeto desse equipamento deve considerar o uso de um evaporador com

maior distanciamento entre as aletas, para evitar congelamento e bloqueio do

evaporador. A utilização de um sistema de degelo, semelhante ao adotado em

evaporadores de câmaras frias também colaboraria para diminuir o problema de

congelamento no inverno.

Na região onde o projeto está implantado, durante o período avaliado, o

aquecimento se mostrou necessário nos meses de junho, julho, agosto e setembro.

Nos demais meses, onde o aquecimento não foi necessário, o gasto com energia

limitou-se apenas aos sistemas de bombeamento e oxigenação, fazendo com que o

custo de produção (energia elétrica, ração e alevinos), fosse de R$ 4,91 por

quilograma de peixe. Se considerarmos o inverno com as seguintes situações:

bomba de calor, lenha e GLP; teremos, respectivamente, os seguintes custos de

produção (R$/kg de peixe): 6,13; 5,27 e 9,96.

Fica evidente o quanto do custo da climatização (aquecimento) impacta sobre

o custo de produção. Porém, deve-se levar em consideração que as criações

convencionais, por serem abertas e dependerem das condições ambientais, param

durante o inverno em várias regiões do Brasil, implicando em uma elevação no valor

da carne de algumas espécies, como é o caso da tilápia, devido a baixa oferta.

O aquecimento solar, não explorado nesse trabalho pode ser uma opção.

Porém, assim como o obervado para o condensador da bomba de calor, o contato

direto com a água da criação é problemático, ocorrendo entupimento por deposição,

devido a elevada quantidade de sólidos em suspensão na água, aumentando o

número de intervenções para limpeza. Assim, deve ser avaliado o uso de trocadores

intermediários, o que por outro lado aumentaria o custo da instalação ou, o

aquecimento do ar da estufa ao invés da água, como uma forma de contornar esse

problema.

Além da climatização (aquecimento), pesou a favor do elevado custo de

produção do sistema intensivo avaliado em relação ao sistema convencional, o

superdimensionamento do sistema de recirculação de água, o qual foi montado com

bombas de elevada potencia, cerca de 4 vezes a necessidade real de bombeamento

(vazão necessária). Isto foi devido ao fato do sistema ter sido montado com sobras

de equipamentos de outros projetos e doações. Considerando a otimização do

sistema de bombeamento o custo médio mensal da energia elétrica para esta

finalidade, que foi de R$ 119,00, seria reduzido para pouco menos de R$ 32,00.

Com isto o custo mensal médio nos meses sem necessidade de aquecimento, seria

reduzido para R$ 117,00, resultando em um custo de produção (alevinos, ração e

energia elétrica) de R$ 2,78 por quilograma de peixe vivo, competitivo com o sistema

convencional. Considerando o uso de lenha para o aquecimento no inverno o custo

de produção seria de R$ 3,14 por quilograma de peixe vivo produzido.

Considerando o período de um ano, dois ciclos produtivos de 6 meses, o

custo anual de produção da estufa de peixes (alevinos, mudas, ração, energia

elétrica, lenha para aquecimento) seria de aproximadamente R$ 1.800,00 para uma

produção anual de 512 kg de peixe vivo (256 kg por ciclo) que, se comercializados

diretamente para o consumidor final a um preço médio de R$ 6,25 o quilograma, a

receita bruta anual seria de R$ 3.200,00.

Para cada quilograma de peixe são produzidas 4 cabeças de alface,

resultando em uma produção anual de aproximadamente 2048 cabeças.

Considerando a comercialização direta da alface para o consumidor final no valor de

R$ 2,00 a cabeça, a receita anual seria de R$ 4.096,00. Ou seja, a produção vegetal

é capaz de custear a produção de peixes e ainda gerar lucro.

Somadas, a produção animal e vegetal, gerariam, anualmente, uma receita

bruta de R$ 7.296,00. Descontando-se o custo anual, a receita líquida obtida em um

espaço de 100 m2, seria de aproximadamente R$ 5.496,00, resultando em uma

lucratividade de R$ 54,96 m2 ano-1. Numa criação convencional a lucratividade seria

de R$ 3,77 m-2 ano-1 (Rodrigues et al., 2011). O investimento na estrutura montada

foi de R$ 13 mil reais, considerando a aquisição de um aquecedor a lenha no valor

de R$ 3 mil reais, o custo total da estrutura seria de R$ 15 mil reais. Assim, o retorno

do capital investido, para um payback simples, seria de 2,73 anos.

Outra questão importante, relacionada a manutenção da temperatura nos

níveis ideais para um bom desenvolvimento das tilápias (26 a 28 ºC), está no tipo de

abrigo para os tanques de criação. A estufa fechada, modelo adotado de um

experimento com criação intensiva realizado em Campinas-SP (Jordan et al., 2011),

não se mostrou muito adequada ao verão extremamente quente do estado de Mato

Grosso do Sul, ocasionando elevação da temperatura da água dos tanques de

criação para valores acima de 30 ºC durante o mês de dezembro, obrigando a

instalação de um conjunto de 6 motoventiladores de 0,33 cv em uma das laterais e a

abertura da lateral oposta para circulação de ar. A operação dos ventiladores

implicou em um custo mensal adicional de aproximadamente R$ 119,00.

Com finalidade de manter a temperatura da água em níveis ótimos com o

mínimo custo, deve ser levado em consideração as condições climáticas do local

onde será implantada a criação intensiva, para que o modelo de construção adotado

utilize o mínimo de energia para manutenção da temperatura. Para o local em

questão, talvez o mais adequado fosse a cobertura da parte superior da estufa com

telhas de fibrocimento e o fechamento lateral com telas de aviário e cortinas

retráteis, semelhantes as utilizadas na avicultura de corte, que podem ser abertas ou

fechadas para auxiliar no controle de temperatura.

O biogás produzido pelo biodigestor ainda não está sendo aproveitado, o que

deverá ocorrer em uma fase posterior. Estimativas iniciais mostram que o biogás

produzido conseguiria suprir metade da demanda energética para bombeamento de

água e oxigenação dos tanques. Estudos para quantificar melhor a produção de

biogás com relação as condições de operação estão em andamento.

CONCLUSÕES

Os resultados preliminares obtidos tem demonstrado a viabilidade técnica do

sistema de criação intensiva. Ao contrário do que relatam outros autores a amônia

até então não tem sido um problema, o que demonstra o funcionamento satisfatório

dos filtros biológicos.

O desenvolvimento das plantas no sistema de aquaponia foi satisfatório, não

necessitando de adição de fertilizantes químicos, o que demonstra que a água

fertilizada pelos peixes fornece os nutrientes necessários. A aquaponia também se

mostrou eficiente como meio de tratamento da água residuária gerada pela criação,

possibilitando o seu reaproveitamento no sistema.

É necessário realizar uma otimização no sistema, visando reduzir o consumo

de energia, melhorando o seu funcionamento do ponto de vista energético

econômico e ambiental.

O sistema de climatização apresentou forte impacto no custo de produção,

influenciando diretamente sobre a viabilidade econômica, tendo em vista a

importância da temperatura para o bom desenvolvimento dos peixes em um menor

tempo possível.

LITERATURA CITADA

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