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