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Capítulo 1 Aquapônica e Desafios Alimentares Globais

1. 1.1 Introdução

   Original publication 2019 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   A produção de alimentos depende da disponibilidade de recursos, como terra, água doce, energia fóssil e nutrientes (Conijn et al. 2018), e o consumo atual ou degradação desses recursos excede sua taxa de regeneração global (Van Vuuren et al. 2010). O conceito de fronteiras planetárias (Fig. 1.1) visa definir os limites ambientais dentro dos quais a humanidade pode operar com segurança em relação aos escassos recursos (Rockström et al. 2009). Os limites de fluxo bioquímico que limitam o fornecimento de alimentos são mais rigorosos do que as alterações climáticas (Steffen et al. 2015). Além da reciclagem de nutrientes, mudanças alimentares e prevenção de resíduos são integralmente necessárias para transformar a produção atual (Conijn et al. 2018; Kahiluoto et al. 2014). Assim, um grande desafio global é mudar o modelo econômico baseado no crescimento para um paradigma ecoeconômico equilibrado que substitua o crescimento infinito pelo desenvolvimento sustentável (Manelli 2016). Para manter um paradigma equilibrado, são necessários sistemas de cultivo inovadores e ecologicamente mais sólidos, de modo a que as trocas entre necessidades humanas imediatas possam ser equilibradas, mantendo simultaneamente a capacidade da biosfera para fornecer os bens e serviços necessários (Ehrlich e Harte 2015).

   O diagrama não está disponível nesta cópia migrada; consulte a edição original.

   Fig. 1.1 Status atual das variáveis de controle para sete dos limites planetários, conforme descrito por Steffen et al. (2015). A zona verde é o espaço operacional seguro, o amarelo representa a zona de incerteza (risco crescente), o vermelho é uma zona de alto risco, e os limites da zona cinzenta são aqueles que ainda não foram quantificados. As variáveis delineadas em azul (ou seja, mudança do sistema terrestre, uso de água doce e fluxos bioquímicos) indicam os limites planetários que a aquapônica pode ter um impacto positivo sobre

   Neste contexto, a aquaponia tem sido identificada como uma abordagem agrícola que, através da reciclagem de nutrientes e resíduos, pode ajudar a abordar tanto as fronteiras planetárias (Fig. 1.1) como as metas de desenvolvimento sustentável, particularmente para regiões áridas ou áreas com solos não aráveis (Goddek e Körner 2019; Appelbaum e Kotzen 2016; Kotzen e Appelbaum 2010). A Aquaponics também é proposta como uma solução para o uso de terras marginais em áreas urbanas para produção de alimentos mais próximas aos mercados. Ao mesmo tempo, em grande parte uma tecnologia de quintal (Bernstein 2011), a aquaponia está agora a crescer rapidamente para a produção em escala industrial, à medida que as melhorias técnicas no design e na prática permitem um aumento significativo das capacidades de produção e eficiências de produção. Uma dessas áreas de evolução está no campo de sistemas aquapônicos acoplados vs. dissociados. Os projetos tradicionais para sistemas aquánicos de um ciclo incluem unidades de aquicultura e hidropônica entre as quais a água recircula. Em tais sistemas tradicionais, é necessário comprometer as condições de ambos os subsistemas em termos de pH, temperatura e concentrações de nutrientes (Goddek et al. 2015; Kloas et al. 2015) (ver Cap. 7). Um sistema aquaponico dissociado, no entanto, pode reduzir a necessidade de compensações separando os componentes, permitindo assim que as condições em cada subsistema sejam otimizadas. A utilização de digestores de lodo é outra forma fundamental de maximizar a eficiência através da reutilização de resíduos sólidos (Emerenciano et al. 2017; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2015). Embora muitas das maiores instalações em todo o mundo ainda estejam em regiões áridas (ou seja, Península Arábica, Austrália e África Subsaariana), esta tecnologia também está sendo adotada em outros lugares, já que os avanços no design tornaram cada vez mais a aquapônica não apenas uma empresa economizadora de água, mas também uma energia e nutrientes eficientes sistema de reciclagem.

2. 1.2 Oferta e Demanda

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   A Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável enfatiza a necessidade de enfrentar os desafios globais, que vão desde a mudança climática até a pobreza, sendo a produção sustentável de alimentos uma alta prioridade (Brandi 2017; ONU 2017). Conforme refletido no Objetivo 2 de Desenvolvimento Sustentável da ONU (ONU 2017), um dos maiores desafios que o mundo enfrenta é como garantir que uma população global crescente, projetada para subir para cerca de 10 bilhões até 2050, seja capaz de atender às suas necessidades nutricionais. Para alimentar mais dois bilhões de pessoas até 2050, a produção de alimentos precisará aumentar 50% globalmente (FAO 2017). Embora seja necessário produzir mais alimentos, há uma força de trabalho rural em declínio devido ao aumento da urbanização (dos Santos 2016). A população rural mundial diminuiu de 66,4% para 46,1% no período de 1960 a 2015 (FAO 2017). Embora, em 2017, as populações urbanas representassem mais de 54% da população mundial total, quase todo o crescimento futuro da população mundial ocorrerá em áreas urbanas, de modo que, em 2050, 66% da população mundial viverá em cidades (ONU 2014). Esta crescente urbanização das cidades é acompanhada por uma rede simultaneamente crescente de sistemas de infraestrutura, incluindo redes de transporte.

   Para garantir a segurança alimentar global, a produção total de alimentos terá de aumentar em mais de 70% nas próximas décadas para cumprir os Objectivos de Desenvolvimento do Milénio (FAO 2009), que incluem a “erradicação da pobreza extrema e da fome” e também “garantir a sustentabilidade ambiental”. Ao mesmo tempo, a produção alimentar enfrentará inevitavelmente outros desafios, como as alterações climáticas, a poluição, a perda de biodiversidade, a perda de polinizadores e a degradação das terras aráveis. Estas condições exigem a adoção de rápidos avanços tecnológicos, métodos de produção mais eficientes e sustentáveis e cadeias de abastecimento alimentar mais eficientes e sustentáveis, uma vez que cerca de um bilhão de pessoas já estão cronicamente desnutridas, enquanto os sistemas agrícolas continuam a degradar a terra, água e biodiversidade à escala global (Foley et al. 2011; Godfray et al. 2010).

   Estudos recentes mostram que as tendências atuais em melhorias na produtividade agrícola não serão suficientes para atender a demanda global de alimentos projetada até 2050, e estes sugerem ainda que uma expansão das áreas agrícolas será necessária (Bajželj et al. 2014). No entanto, a degradação generalizada das terras em conjugação com outros problemas ambientais parece tornar isso impossível. Atualmente, as terras agrícolas cobrem mais de um terço da área terrestre do mundo, mas menos de um terço é arável (aproximadamente 10%) (Banco Mundial 2018). Nas últimas três décadas, a disponibilidade de terras agrícolas tem diminuído lentamente, como evidenciado por uma diminuição de mais de 50% entre 1970 e 2013. Os efeitos da perda de terras aráveis não podem ser remediados através da conversão de áreas naturais em terras agrícolas, uma vez que isso resulta muitas vezes em erosão, bem como em perda de habitat. A lavoura resulta na perda de solo por meio do vento e da erosão da água, resultando em redução da fertilidade do solo, aumento do uso de fertilizantes e, eventualmente, para a degradação da terra. As perdas de solo provenientes da terra podem então acabar em lagoas, barragens, lagos e rios, causando danos a esses habitats.

   Em suma, a população global está crescendo rapidamente, urbanizando e se tornando mais rica. Consequentemente, os padrões alimentares também estão mudando, criando assim maiores demandas por alimentos intensivos de gases de efeito estufa (GEE), como carne e laticínios, com maior demanda de terra e recursos (Garnett 2011). Mas enquanto o consumo global está crescendo, os recursos disponíveis no mundo, ou seja, terra, água e minerais, permanecem finitos (Garnett 2011). No entanto, ao analisar a análise completa do ciclo de vida dos diferentes produtos alimentares, tanto a Weber como a Matthews (2008) como a Engelhaupt (2008) sugerem que as mudanças alimentares podem ser um meio mais eficaz de reduzir a pegada climática média de um agregado familiar do que a “compra local”. Por conseguinte, em vez de olhar para a redução das cadeias de abastecimento, argumentou-se que uma mudança dietética da carne e dos produtos lácteos para uma agricultura orientada para a nutrição pode ser mais eficaz na redução da energia e das pegadas (Engelhaupt 2008; Garnett 2011).

   A complexidade dos desequilíbrios entre a procura e a oferta é agravada pela deterioração das condições ambientais, o que torna a produção alimentar cada vez mais difícil e/ou imprevisível em muitas regiões do mundo. As práticas agrícolas não podem apenas minar as fronteiras planetárias (Fig. 1.1), mas também agravar a persistência e propagação de doenças zoonóticas e outros riscos para a saúde (Garnett 2011). Todos esses fatores fazem com que o sistema alimentar global perca sua resiliência e se torne cada vez mais instável (Suweis et al. 2015).

   O ambicioso prazo para 2015 dos Objetivos de Desenvolvimento do Milênio (ODM) da OMS para erradicar a fome e a pobreza, melhorar a saúde e garantir a sustentabilidade ambiental já passou, e tornou-se claro que fornecer alimentos nutritivos para as populações desnutridas e abastadas não é um tarefa simples. Em resumo, mudanças climáticas, perda de terra e diminuição da qualidade da terra, cadeias alimentares cada vez mais complexas, crescimento urbano, poluição e outras condições ambientais adversas ditam que há uma necessidade urgente não só de encontrar novas formas de cultivar alimentos nutritivos economicamente, mas também de localizar a produção alimentar instalações mais próximas dos consumidores. A realização dos ODM exigirá mudanças na prática, tais como a redução dos resíduos, das pegadas de carbono e ecológicas, e a aquaponia é uma das soluções que tem potencial para atingir esses objetivos.

3. 1.3 Desafios científicos e tecnológicos na Aquapônica

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   Embora a aquapônica seja vista como uma das principais tecnologias de produção de alimentos que “poderiam mudar nossas vidas” (van Woensel et al. 2015), em termos de produção alimentar sustentável e eficiente, a aquapônica pode ser simplificada e tornar-se ainda mais eficiente. Um dos principais problemas nos sistemas aquapônicos convencionais é que os nutrientes no efluente produzido pelos peixes são diferentes da solução nutritiva ideal para as plantas. Os sistemas aquapônicos dissociados (DAPS), que utilizam água dos peixes, mas não devolvem a água aos peixes após as plantas, podem melhorar os desenhos tradicionais introduzindo componentes de mineralização e biorreatores de lodo contendo micróbios que convertem matéria orgânica em formas biodisponíveis de minerais-chave, especialmente fósforo, magnésio, ferro, manganês e enxofre deficientes nos efluentes típicos de peixe. Contrariamente aos componentes de mineralização em sistemas de um ciclo, o efluente do biorreator no DAPS é alimentado apenas ao componente da planta em vez de ser diluído em todo o sistema. Assim, sistemas desacoplados que utilizam digestores de lodo permitem otimizar a reciclagem de resíduos orgânicos de peixes como nutrientes para o crescimento de plantas (Goddek 2017; Goddek et al. 2018). Os resíduos desses sistemas incluem principalmente lamas de peixes (ou seja, fezes e alimentos não consumidos que não estejam em solução) e, por conseguinte, não podem ser entregues directamente num sistema hidropônico. Os biorreatores (ver Cap. 10 são, portanto, um componente importante que pode transformar lamas inutilizáveis em fertilizantes hidropônicos ou reutilizar resíduos orgânicos, tais como caules e raízes da planta componente de produção em biogás para geração de calor e eletricidade ou projetos DAPS que também fornecem ciclos de água controlados de forma independente para cada unidade, permitindo assim a separação dos sistemas (RAS, hidropônicos e digestores) conforme necessário para o controle dos fluxos de nutrientes. A água se move entre os componentes em um ciclo de conservação de energia e nutrientes, de modo que as cargas e fluxos de nutrientes em cada subsistema possam ser monitorados e regulados para melhor atender aos requisitos a jusante. Por exemplo, o fósforo (P) é um recurso fóssil essencial, mas esgotável, que é extraído para fertilizantes, mas os suprimentos mundiais estão sendo esgotados a uma taxa alarmante. O uso de digestores em sistemas aquapônicos dissociados permite que os micróbios convertam o fósforo em resíduos de peixes em ortofosfatos que podem ser utilizados por plantas, com altas taxas de recuperação (Goddek et al. 2016, 2018).

   Embora os sistemas dissociados sejam muito eficazes na recuperação de nutrientes, com perda de nutrientes quase zero, a escala de produção em cada uma das unidades é importante, dado que os fluxos de nutrientes de uma parte do sistema precisam ser combinados com o potencial de produção a jusante de outros componentes. O software de modelagem e os sistemas de aquisição de dados de Supervisory Control and Data Acquisition (SCADAS) tornam-se, portanto, importantes para analisar e relatar o fluxo, as dimensões, os balanços de massa e as tolerâncias de cada unidade, permitindo prever parâmetros físicos e económicos (p. ex., cargas de nutrientes, peixes óptimos emparelhamentos de plantas, caudais e custos para manter parâmetros ambientais específicos). Em Chap. 11, analisaremos mais detalhadamente a teoria dos sistemas aplicada aos sistemas aquapônicos e demonstraremos como a modelagem pode resolver alguns dos problemas da escala, enquanto soluções tecnológicas inovadoras podem aumentar a eficiência e, portanto, rentabilidade de tais sistemas. A escala é importante não só para prever a viabilidade econômica, mas também para prever as produções de produção com base nas razões de nutrientes disponíveis.

   Outra questão importante, que exige um maior desenvolvimento, é a utilização e a reutilização da energia. Os sistemas aquapônicos são intensivos em energia e infraestrutura. Dependendo da radiação solar recebida, o uso de energia solar fotovoltaica, fontes solares térmicas e dessalinização (solar) pode ainda não ser economicamente viável, mas pode ser potencialmente integrado em sistemas aquapônicos. Em Chap. 1, apresentamos informações sobre possibilidades técnicas e operacionais inovadoras que têm a capacidade de superar as limitações inerentes a tais sistemas, incluindo novas e excitantes oportunidades para a implementação de sistemas aquapônicos em áreas áridas.

   Em [Chap. 2, também discutimos com mais detalhes a gama de desafios ambientais que a aquapônica pode ajudar a resolver. O controle de patógenos, por exemplo, é muito importante, e os sistemas RAS contidos têm uma série de vantagens ambientais para a produção de peixes, e uma das vantagens dos sistemas aquapônicos dissociados é a capacidade de circular água entre os componentes e de utilizar controles independentes, em que é mais fácil detectar, isolar e descontaminar unidades individuais quando houver ameaças de patógenos. Os probióticos que são benéficos para a cultura de peixe também parecem benéficos para a produção de plantas e podem aumentar a eficiência da produção quando circulados dentro de um sistema fechado (Sirakov et al. 2016). Tais desafios são explorados em Chap. 5, onde discutimos mais detalhadamente como a inovação na aquapônica pode resultar em (a) aumento da eficiência da utilização do espaço (menor custo e materiais, maximizando o uso do solo); (b) redução dos recursos de entrada, por exemplo farinha de peixe e reduzidas produções negativas, por exemplo, descarga de resíduos; e c) utilização reduzida de antibióticos e pesticidas em sistemas autónomos.

   Existem ainda diversas áreas temáticas aquapônicas que exigem mais pesquisas para explorar todo o potencial desses sistemas. Do ponto de vista científico, tópicos como ciclagem de nitrogênio (Chap. 9), remineralização aeróbica e anaeróbica (Chap. 10), água e nutrientes eficiência (Chap. 8), dietas aquapônicas otimizadas de peixes (Chap. 13) e patógenos vegetais e estratégias de controle (Cap. 14) são todas altas prioridades.

   Em resumo, é necessário abordar os seguintes desafios científicos e tecnológicos:

   1. Nutrients: Como já discutimos, sistemas que utilizam digestores de lodo permitem otimizar a reciclagem de resíduos orgânicos de peixes em nutrientes para o crescimento das plantas, tais projetos permitem uma recuperação otimizada e reciclagem de nutrientes para criar uma perda quase zero de nutrientes do sistema.

   2. Water: A reutilização de água empobrecida de nutrientes das estufas também pode ser otimizada para reutilização no componente de peixe utilizando condensadores.

   3. Energy: Os projetos movidos a energia solar também melhoram a economia de energia, especialmente se a água pré-aquecida de aquecedores solares nas estufas puder ser recirculada de volta para tanques de peixes para reutilização.

   A capacidade de reciclar água, nutrientes e energia faz da aquaponia uma solução potencialmente única para uma série de questões ambientais enfrentadas pela agricultura convencional. Isto é discutido em Cap. 2.

4. 1.4 Desafios económicos e sociais

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   Do ponto de vista econômico, há uma série de limitações inerentes aos sistemas aquapônicos que tornam projetos comerciais específicos mais ou menos viáveis (Goddek et al. 2015; Vermeulen e Kamstra 2013). Uma das questões fundamentais é que os sistemas hidropônicos independentes e independentes e de aquicultura são mais produtivos do que os sistemas aquánicos tradicionais de um ciclo (Graber e Junge 2009), uma vez que não exigem trocas entre os componentes do peixe e da planta. A aquaponia tradicional e clássica de ciclo único requer um compromisso entre os componentes de peixe e da planta ao tentar otimizar a qualidade da água e os níveis de nutrientes que diferem inerentemente para as duas partes (por exemplo, faixas de pH desejadas e requisitos e concentrações de nutrientes). Nos sistemas aquapônicos tradicionais, as economias nas necessidades de fertilizantes para as plantas não compensam as deficiências de colheita causadas por condições sub-óptimas nos respectivos subsistemas (Delaide et al. 2016).

   Otimizar as condições de crescimento para ambas as plantas (Delaide et al. 2016; Goddek e Vermeulen 2018) e peixes é o maior desafio para a rentabilidade, e os resultados atuais indicam que isso pode ser melhor alcançado em sistemas aquapônicos dissociados multi-loop porque eles são baseados em loops de recirculação independentes que envolvem (1) peixes, (2) plantas e (3) biorreatores (anaeróbios ou aeróbicos) para digestão de lodo e um fluxo unidirecional de água (nutrientes), que pode melhorar a recuperação e biodisponibilidade de macro e micro-nutrientes, bem como a otimização do consumo de água (Goddek e Keesman 2018). Estudos atuais mostram que este tipo de sistema permite a manutenção de populações específicas de microrganismos dentro de cada compartimento para uma melhor gestão da doença, e eles são economicamente mais eficientes na medida em que os sistemas não só reduzem a saída de resíduos, mas também reutilizam lamas inutilizáveis, convertê-los em produções valiosas (por exemplo, biogás e fertilizantes).

   

   Fig. 1.2 Um sistema aquapônico visto como um esquema de caixa preta. Nós não conseguimos ver dentro da caixa, mas sabemos as entradas, as saídas (ou seja, peixes e plantas) e os resíduos

   Os sistemas RAS independentes e as unidades hidropônicas apresentam também uma vasta gama de desafios operacionais que são discutidos em pormenor nos capítulos 3 e 4. Cada vez mais, os avanços tecnológicos têm permitido taxas de produtividade mais elevadas (Fig. 1.2), que podem ser definidas como uma fração das saídas do sistema (ou seja, peixes e plantas) sobre a entrada do sistema (ou seja, ração de peixe e/ou fertilização adicional, entrada de energia para iluminação, aquecimento e bombeamento de CO ~ 2~ sub2/sub dosagem e biocontrolos).

   Ao considerar os muitos desafios que a aquapônica enfrenta, os problemas de produção podem ser amplamente divididos em três temas específicos: (1) produtividade do sistema, (2) cadeias de valor efetivas e (3) gerenciamento eficiente da cadeia de suprimentos.

   Produtividade do sistema A produtividade agrícola é medida como a razão entre as produções agrícolas e os insumos agrícolas. Os sistemas aquapônicos tradicionais de pequena escala foram projetados principalmente para abordar considerações ambientais, como descarga de água, insumos de água e reciclagem de nutrientes, mas o foco nos últimos anos tem se deslocado cada vez mais para a viabilidade econômica, a fim de aumentar a produtividade da agricultura em larga escala aplicações. No entanto, isso exigirá que a produtividade dos sistemas aquánicos seja capaz de competir economicamente com sistemas de hidroponia e aquicultura independentes de última geração. Para que o conceito de aquapônica seja aplicado com sucesso em grande escala, a reutilização de nutrientes e energia deve ser otimizada, mas os mercados finais também devem ser considerados.

   Cadeias de valor efetivas As cadeias de valor (valor agregado) dos produtos agrícolas resultam principalmente do processamento dos produtos, como os vegetais colhidos, frutas e peixes. Por exemplo, o preço de venda do pesto (ou seja, vermelho e verde) pode ser mais de dez vezes superior ao dos tomates, manjericão, azeite e pinhões. Além disso, a maioria dos produtos alimentares processados tem uma vida útil mais longa, reduzindo assim a deterioração. Evidentemente, a produção fresca é importante porque os valores nutricionais são maioritariamente superiores aos dos alimentos processados. No entanto, produzir produtos frescos e de alta qualidade é um verdadeiro desafio e, portanto, um luxo em muitas regiões do mundo. As perdas de nutrientes durante o armazenamento de frutas e legumes são substanciais se não forem enlatados ou congelados rapidamente (Barrett 2007; Rickman et al. 2007). Por conseguinte, no caso de sistemas de grande escala, a transformação de alimentos deve, pelo menos, ser considerada para equilibrar quaisquer flutuações entre a oferta e a procura e reduzir o desperdício alimentar. No que diz respeito à redução dos resíduos alimentares, os produtos hortícolas que não cumpram as normas relativas aos produtos frescos, mas que ainda são de qualidade comercializável, devem ser transformados a fim de reduzir as perdas pós-colheita.

   Embora esses critérios se apliquem a todos os produtos agrícolas e da pesca, o valor acrescentado pode aumentar substancialmente a rentabilidade da exploração aquática, especialmente se os produtos puderem chegar a nichos de mercado.

   **Gerenciamento eficiente da cadeia de suprimentos ** Em países com redes de transporte e refrigeração bem desenvolvidas, frutas e vegetais podem ser importados de todo o mundo para atender às demandas dos consumidores por produtos frescos. Mas, como mencionado anteriormente, produtos frescos e de alta qualidade são uma mercadoria escassa em muitas partes do mundo, e o movimento de mercadorias a longa distância — ou seja, a gestão da cadeia de suprimentos — para atender à demanda do consumidor de alta qualidade é muitas vezes criticado e justificadamente assim. A maioria dos habitantes urbanos em todo o mundo depende do transporte de alimentos em longas distâncias para atender às necessidades diárias (Grewal e Grewal 2012). Uma das principais críticas é, portanto, a dependência de combustíveis fósseis necessários para transportar produtos em grandes distâncias (Barrett 2007). A questão das milhas alimentares direciona o foco na distância que os alimentos são transportados desde o momento da produção até a compra pelo consumidor final (Mundler e Criner 2016). No entanto, em termos de emissões de COSub2/sub por tonelada/km (tkm), uma milha de alimentação para o transporte ferroviário (13,9 g Cosub2/sub/tkm) não é igual a uma milha alimentar de transporte de caminho/estrada, uma vez que o transporte de caminhões tem mais de 15 vezes maior impacto ambiental (McKinnon 2007). Portanto, a distância de transporte não é necessariamente a única consideração, uma vez que a pegada ecológica dos vegetais cultivados em explorações rurais é potencialmente menor do que os insumos necessários para cultivar alimentos em estufas mais próximas dos centros urbanos.

   Milhas de comida são, portanto, apenas uma parte da imagem. Os alimentos são transportados a longas distâncias, mas as emissões de gases com efeito de estufa associadas à produção de alimentos são dominadas pela fase de produção (isto é, o impacto da energia no aquecimento, refrigeração e iluminação) (Engelhaupt 2008; Weber e Matthews 2008). Por exemplo, Carlsson (1997) mostrou que os tomates importados de Espanha para a Suécia no Inverno têm uma pegada de carbono muito menor do que os cultivados localmente na Suécia, uma vez que as entradas de energia para estufas na Suécia superam em muito a pegada de carbono do transporte de Espanha. Ao adquirir alimentos, o transporte de mercadorias não é o único fator a levar em consideração, pois a frescura dos produtos determina seu valor nutritivo, sabor e apelo geral aos consumidores. Ao cultivar alimentos frescos localmente, muitos estudiosos concordam que a agricultura urbana poderia ajudar a garantir o fornecimento de produtos de alta qualidade para as populações urbanas do futuro, ao mesmo tempo que reduz as milhas alimentares (Bon et al. 2010; dos Santos 2016; Hui 2011). Ambas as áreas serão discutidas mais detalhadamente em Seção 1.5.

   Do ponto de vista do consumidor, a aquapônica urbana tem vantagens por causa de seus benefícios ambientais devido às cadeias de abastecimento curtas e uma vez que atende às preferências dos consumidores por alimentos frescos produzidos localmente de alta qualidade (Miličić et al. 2017). No entanto, apesar destas vantagens, há uma série de preocupações socioeconómicas: a principal questão envolve os preços dos imóveis urbanos, uma vez que os terrenos são caros e muitas vezes considerados demasiado valiosos para a produção de alimentos. Assim, a compra de terrenos urbanos provavelmente torna impossível alcançar um retorno viável esperado do investimento. No entanto, em cidades em declínio, onde as populações estão diminuindo, o espaço não utilizado poderia ser usado para fins agrícolas (Bontje e Latten 2005; Schilling e Logan 2008) como é o caso em Detroit, nos Estados Unidos (Mogk et al. 2010).

   Além disso, há uma grande questão de controles de planejamento urbano, onde em muitas cidades a terra urbana não é designada para a produção agrícola de alimentos e a aquapônica é vista como uma parte da agricultura. Assim, em algumas cidades a agricultura aquapônica não é permitida. Chegou o momento de se envolver com os planejadores urbanos que precisam ser convencidos dos benefícios das fazendas urbanas, que são altamente produtivas e produzem alimentos frescos, saudáveis e locais em meio ao desenvolvimento urbano e suburbano.

5. 1.5 O futuro da aquapônica

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   A tecnologia permitiu que a produtividade agrícola crescesse exponencialmente no século passado, apoiando assim também um crescimento significativo da população. No entanto, essas mudanças também potencialmente prejudicam a capacidade dos ecossistemas para sustentar a produção de alimentos, para manter os recursos hídricos e florestais e para ajudar a regular a qualidade do clima e do ar (Foley et al. 2005).

   Um dos desafios mais prementes na produção inovadora de alimentos e, portanto, na aquaponia, é abordar questões regulatórias que restringem a expansão das tecnologias integradas. Uma ampla gama de diferentes agências tem jurisdição sobre água, saúde animal, proteção ambiental e segurança alimentar, e suas regulamentações são, em alguns casos, contraditórias ou são inadequadas para sistemas integrados complexos (Joly et al. 2015). A regulamentação e a legislação são actualmente uma das áreas mais confusas para os produtores e para os futuros empresários. Produtores e investidores precisam de normas e diretrizes para obtenção de licenças, empréstimos e isenções fiscais, mas a sobreposição confusa de responsabilidades entre as agências reguladoras destaca a necessidade urgente de uma melhor harmonização e definições consistentes. Os quadros regulamentares são frequentemente confusos, e o licenciamento agrícola, bem como a certificação do consumidor, continuam a ser problemáticos em muitos países. A FAO (em 2015), a OMS (em 2017) e a UE (em 2016) começaram recentemente a harmonizar disposições relativas à saúde/bem-estar animal e à segurança alimentar nos sistemas aquapônicos e ao comércio de exportação e importação de produtos aquapônicos. Por exemplo, vários países envolvidos na aquaponia estão a exercer pressão sobre a formulação explícita dentro do Codex Alimentarius, e um foco fundamental na UE, determinado pela ação COST FA1305 patrocinada pela UE, o “Hub da UE Aquapônica”, está actualmente na definição da aquapônica como uma entidade clara e distinta. Actualmente, os regulamentos definem a produção tanto para a aquicultura como para a hidroponia, mas não dispõem de disposições para a fusão dos dois. Esta situação cria muitas vezes uma burocracia excessiva para os produtores que são obrigados a licenciar duas operações distintas ou cuja legislação nacional não permite a co-cultura (Joly et al. 2015). O Hub Aquaponics da UE, que apoiou esta publicação (COST FA1305), define a aquapônica como “um sistema de produção de organismos aquáticos e plantas em que a maioria (\ > 50%) dos nutrientes que sustentam o crescimento ideal das plantas deriva de resíduos provenientes da alimentação dos organismos aquáticos” (ver Capítulo 7).

   Os sistemas de certificação dos consumidores continuam a ser uma área difícil para os produtores de aquaponia em muitas partes do mundo. Por exemplo, nos Estados Unidos e na Austrália, os produtos aquapônicos podem ser certificados como orgânicos, mas não dentro da União Europeia.

   De uma perspectiva econômica, a aquapônica é, em teoria, capaz de aumentar o valor global da piscicultura ou hidroponia convencional, ao mesmo tempo que fecha o ciclo alimento-água-energia dentro de uma economia circular de base biológica. A fim de tornar economicamente viáveis os sistemas aquapônicos de pequena escala, os agricultores de aquaponia geralmente têm que operar em nichos de mercado para obter preços mais elevados para os produtos, pelo que a certificação se torna, portanto, muito importante.

   As questões mais prementes são a de saber se a aquaponia pode tornar-se aceitável a nível político. A segurança alimentar é uma alta prioridade para obter apoio público e, embora exista um risco muito reduzido de patógenos em sistemas fechados, o que implica uma menor necessidade de antimicrobianos e pesticidas, a gestão de riscos potenciais — ou, além disso, a gestão de percepções desses riscos, especialmente porque podem afetar a segurança alimentar — é um alta prioridade para as autoridades governamentais e investidores (Miličić et al. 2017). Uma preocupação que é muitas vezes levantada é o medo da transferência de patógenos em lodo de peixes para plantas, mas isso não é fundamentado na literatura (Cap. 6). Como tal, é necessário atenuar quaisquer preocupações de segurança alimentar e biossegurança através de uma investigação cuidadosa e, nos casos em que possam existir preocupações, determinar como poderá ser possível gerir estes problemas através de uma melhor concepção de sistemas e/ou quadros regulamentares.

   Aquaponics é uma tecnologia emergente de produção de alimentos que tem a capacidade de condensar e comprimir a produção em espaços e lugares que normalmente não seriam usados para o cultivo de alimentos. Isso não só significa que ela é excepcionalmente relevante em áreas urbanas, onde a aquapônica pode ser colocada em locais subutilizados e não utilizados, como telhados planos, locais de desenvolvimento, fábricas abandonadas, propriedades habitacionais e escolas, mas também fornece um meio tanto no mundo desenvolvido quanto em desenvolvimento para as pessoas tomarem parte do processo de produção de alimentos, fornecendo alimentos locais frescos para o mercado (van Gorcum et al. 2019). A integração da aquaponia com as tecnologias da agricultura vertical e dos muros vivos irá, com o tempo, melhorar muito provavelmente a produtividade, reduzindo a pegada agrícola global com redução da ocupação e da intensificação das terras.

   Os intensos métodos de produção em aquapônica dependem do conhecimento de uma combinação de fatores chave que são altamente adequados para uso no ensino de disciplinas STEM (ciência, tecnologia, engenharia e matemática) nas escolas. A Aquaponics oferece ao professor e aluno oportunidades de explorar o reino de sistemas complexos, seu design e gestão e uma série de outras áreas temáticas, incluindo ciências ambientais, química da água, biologia e bem-estar animal. Aquaponics também está sendo usado em prisões/instalações correcionais, como na prisão do condado de São Francisco, para ajudar os presos a ganhar habilidades e experiência em aquicultura e horticultura que eles podem usar quando forem libertados. No contexto doméstico, há uma tendência crescente para projetar sistemas de bancada que possam cultivar ervas aromáticas, bem como pequenos sistemas que podem ser localizados em escritórios, onde peixes exóticos proporcionam um efeito calmante, enquanto as plantas, como parte de paredes vivas, fornecem um pano de fundo estético e limpam o ar.

   

   Fig. 1.3 Número de artigos publicados sobre 'hidroponia', 'RAS' e 'aquapônica' no período de 1980 a 2018 (os dados foram coletados na base de dados Scopus em 30 de janeiro de 2019). Note-se que a escala para “RAS” é uma ordem de grandeza superior à dos “hidropônicos” e “aquapônicos”

   Aquaponics é uma tecnologia agrícola que avança rapidamente de suas primeiras façanhas nos últimos anos do século XX e das primeiras décadas do século XXI. Mas ainda é um 'tema emergente de tecnologia e ciência '(Junge et al. 2017) que está sujeito a uma quantidade considerável de 'hype'. Ao comparar o número de artigos aquacultura, hidropônicos e aquapônicos revisados por pares, os artigos aquapônicos são consideravelmente mais baixos (Fig. 1.3), mas os números estão aumentando e continuarão a aumentar à medida que a educação aquapônica, especialmente a nível universitário, e o interesse geral aumenta. Uma “razão de hype” pode ser descrita como um indicador da popularidade de um assunto na mídia pública em relação ao que é publicado na imprensa acadêmica. Isso pode, por exemplo, ser calculado levando os resultados da pesquisa no Google divididos pelos resultados da pesquisa no Google Scholar. No caso da aquapônica, o rácio de hype em 16 de agosto de 2016 foi de 1349, o que é considerável quando comparado com os rácios de hype da hidroponia (131) e da aquicultura recirculante (17) (Junge et al. 2017). A sensação que se obtém disto é que, de fato, a aquaponia é uma tecnologia emergente, mas que há um enorme interesse no campo, que provavelmente irá continuar e aumentar ao longo das próximas décadas. A taxa de hype, no entanto, é provável que diminua à medida que mais pesquisas são realizadas e artigos científicos são publicados.

   Este livro é destinado ao pesquisador e praticante da aquapônica, e foi projetado para discutir, explorar e revelar as questões que a aquapônica está abordando agora e que, sem dúvida, surgirão no futuro. Com um espectro tão amplo de tópicos, visa fornecer uma visão geral abrangente, mas facilmente acessível, do campo científico e comercial bastante inovador da aquapônica. Além da produção e do lado técnico, este livro foi projetado para abordar tendências na oferta e demanda de alimentos, bem como as várias implicações econômicas, ambientais e sociais desta tecnologia emergente. O livro foi co-autor por numerosos peritos de todo o mundo, mas sobretudo da UE. Seus 24 capítulos abrangem toda a gama de áreas aquapônicas e fornecerão um manual necessário para todos os interessados em aquaponia e movimentação de aquapônica para a próxima década.