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Qualidade da água em aquaponia

1. Manipulando ph

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Existem métodos simples para manipular o pH em unidades aquapônicas. Em regiões com pedra calcária ou giz, a água natural é muitas vezes dura com alto pH. Portanto, adições periódicas de ácido podem ser necessárias para diminuir o pH. Em regiões com rocha vulcânica, a água natural é muitas vezes macia, com alcalinidade muito baixa, indicando a necessidade de adicionar periodicamente uma base ou um tampão de carbonato à água para neutralizar a acidificação natural da unidade aquapônica. Adições de base e buffer também são necessárias para sistemas de chuva.

   Reduzindo o pH com ácido

   A água aquapônica naturalmente acidifica devido à nitrificação e respiração. Com paciência, os níveis de pH geralmente diminuem para a faixa alvo.

   No entanto, a adição de ácido pode ser necessária se a água fonte tiver um alto KH e pH alto, e houver uma alta taxa de evaporação. Nestes casos incomuns e excepcionais, o volume de água para reabastecer o sistema é tal que eleva significativamente o pH acima das faixas óptimas e domina a acidificação natural. A adição de ácido é igualmente necessária se a quantidade de peixe armazenada não for suficiente para produzir resíduos dissolvidos suficientes para conduzir a nitrificação e a acidificação resultante. Nestes casos, o reabastecimento de água resultará em um reabastecimento dos agentes tampões, carbonatos. A produção de ácido natural não será suficiente para reagir com os agentes tampões e, posteriormente, diminuir o pH. Só adicione ácido se a água da fonte for muito dura e básica e se não houver água da chuva que possa fornecer ao sistema água isenta de KH para ajudar as bactérias nitrificantes a diminuir naturalmente o pH.

   

   Adicionar ácido a um sistema aquaponico é perigoso. O perigo é que no início o ácido reage com tampões e nenhuma mudança de pH é notada. Cada vez mais ácido é adicionado sem mudança de pH, até que finalmente todos os tampões tenham reagido e o pH cai drasticamente, muitas vezes resultando em um choque terrível e estressante para o sistema. É melhor praticar, se necessário adicionar ácido, tratar um reservatório desta água de reabastecimento com ácido e, em seguida, adicionar a água tratada ao sistema (Figura 3.10). Isso remove o risco para o sistema se for usado muito ácido. O ácido deve sempre ser adicionado a um volume de água de reabastecimento, e extremo cuidado deve ser usado para não adicionar muito ácido ao sistema. Se o sistema for projetado com uma linha automática de abastecimento de água, pode ser necessário adicionar ácido diretamente ao sistema, mas o perigo é aumentado.

   

   O ácido fosfórico (H3PO4) pode ser usado para diminuir o pH. O ácido fosfórico é um ácido relativamente leve. Pode ser encontrado na qualidade alimentar de lojas hidropônicas ou agrícolas sob vários nomes comerciais. O fósforo é um macronutriente importante para as plantas, mas o uso excessivo de ácido fosfórico pode levar à concentração tóxica de fósforo no sistema. Em situações com água de fonte extremamente dura e básica (alto KH, pH alto), tem sido utilizado ácido sulfúrico (H2SO4). No entanto, devido à sua alta corrosividade e até mesmo maior nível de perigo, seu uso não é recomendado para iniciantes. O ácido nítrico (HNO3) também tem sido usado como um ácido relativamente neutro. O ácido cítrico, enquanto tentador de usar, é antimicrobiano e pode matar as bactérias do biofiltro; ácido cítrico não deve ser usado.

   Os ácidos concentrados são perigosos, tanto para o sistema como para o operador. Devem ser utilizadas precauções de segurança adequadas, incluindo óculos de proteção e luvas (figura 3.11). Nunca adicione água ao ácido, sempre adicione ácido à água.

   Aumento do pH com tampões ou bases

   

   Se o nível de pH cair abaixo de 6,0, é necessário adicionar uma base e/ou aumentar a dureza do carbonato. As bases comumente usadas são hidróxido de potássio (KOH) e hidróxido de cálcio (Ca (OH)2). Estas bases são fortes, e devem ser adicionadas da mesma forma que os ácidos; sempre mudar o pH lentamente. No entanto, uma solução mais segura e fácil é adicionar carbonato de cálcio (CaCO3) ou carbonato de potássio (K2CO3), o que aumentará tanto o KH como o pH. Existem muitas fontes naturais e baratas de carbonato de cálcio que podem ser adicionadas ao sistema. Alguns deles incluem cascas de ovos esmagadas, conchas finamente esmagadas, grão de calcário grosso e giz triturado. O método recomendado é colocar o material em um saco poroso suspenso no reservatório (Figura 3.12). Continue testando o pH nas próximas semanas para monitorar o aumento do pH. Retire o saco se o pH aumentar acima de 7. Em alternativa, adicione 2-3 punhados destes materiais por 1 000 litros, quer directamente nos canteiros ou na componente de biofiltro. Se estiver usando conchas, certifique-se de enxaguar o sal residual antes de adicionar ao sistema. A escolha das bases e tampões também pode ser impulsionada pelo tipo de plantas que crescem no sistema, uma vez que cada um desses compostos adiciona um importante macronutriente. Os vegetais folhosos podem ser favorecidos por bases de cálcio para evitar queimaduras nas folhas; enquanto o potássio é ideal em plantas frutíferas para favorecer a floração, configurações de frutas e amadurecimento ideal.

   O bicarbonato de sódio (bicarbonato de sódio) é frequentemente usado para aumentar a dureza do carbonato em RASs, mas nunca deve ser usado em aquaponia devido ao aumento resultante do sódio, que é prejudicial para as plantas.

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *

2. Outros componentes importantes da qualidade da água: algas e parasitas

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Atividade fotossintética de algas

   O crescimento fotossintético e a atividade por algas em unidades aquapônicas afetam os parâmetros de qualidade da água dos níveis de pH, OD e nitrogênio. As algas são uma classe de organismos fotossintéticos que são semelhantes às plantas, e elas crescerão prontamente em qualquer corpo de água rico em nutrientes e exposto à luz solar. Algumas algas são organismos unicelulares microscópicos chamados fitoplâncton, que podem colorir a água verde (Figura 3.8). As macroalgas são muito maiores, comumente formando esteiras filamentosas presas aos fundos e laterais dos tanques (Figura 3.9).

   

   Para a aquapônica, é importante prevenir o crescimento de algas porque elas são problemáticas por várias razões. Primeiro, eles vão consumir os nutrientes na água e competir com os vegetais alvo. Além disso, as algas atuam como fonte e afundamento de OD, produzindo oxigênio durante o dia através da fotossíntese e consumindo oxigênio durante a noite durante a respiração. Eles podem reduzir drasticamente os níveis de OD na água à noite, causando a morte dos peixes. Esta produção e consumo de oxigênio está relacionado à produção e consumo de dióxido de carbono, o que provoca mudanças diárias no pH, uma vez que o ácido carbônico é removido (dia - maior pH da água) ou devolvido (noite - menor pH da água) para o sistema. Finalmente, algas filamentosas podem entupir drenos e bloquear filtros dentro da unidade, levando a problemas de circulação da água. As algas filamentosas marrons também podem crescer nas raízes das plantas hidropônicas, especialmente na cultura de águas profundas, e afetam negativamente o crescimento das plantas. No entanto, algumas operações de aquicultura se beneficiam muito da cultura de algas para alimentação animal, referida como cultura de água verde, incluindo criação de tilápia, cultura de camarão e produção de biodiesel, mas esses tópicos não estão diretamente relacionados à aquapônica e não são discutidos aqui.

   Prevenir algas é relativamente fácil. Todas as superfícies de água devem ser sombreadas. Tecido de sombra, lonas, frondas de palmeiras ou tampas de plástico devem ser usados para cobrir tanques de peixes e biofiltros, de modo que nenhuma água esteja em contato direto com a luz solar. Isso inibirá o florescimento de algas na unidade.

   Parasitas, bactérias e outros pequenos organismos que vivem na água

   Aquaponics é um ecossistema composto principalmente por peixes, bactérias nitrificantes e plantas. No entanto, ao longo do tempo, pode haver muitos outros organismos contribuindo para este ecossistema. Alguns desses organismos com ser útil, como minhocas, e facilitar a decomposição de resíduos de peixes. Outros são benignos, não ajudando nem prejudicando o sistema, como vários crustáceos, vivendo nos biofiltros. Outros são ameaças; parasitas, pragas e bactérias são impossíveis de evitar completamente porque a aquaponia não é um esforço estéril. A melhor prática de gestão para evitar que estas pequenas ameaças se tornem infestações perigosas é cultivar peixes e plantas saudáveis e sem stress, garantindo condições altamente aeróbias com acesso a todos os nutrientes essenciais. Desta forma, os organismos podem evitar infecções ou doenças usando seus próprios sistemas imunológicos saudáveis. Os capítulos 6 e 7 discutem a gestão adicional das doenças dos peixes e das plantas, e o capítulo 8 aborda mais detalhadamente a segurança alimentar e outras ameaças biológicas.

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *

3. Fontes de água aquapônica

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Em média, um sistema aquapônico usa 1-3 por cento de seu volume total de água por dia, dependendo do tipo de plantas que estão sendo cultivadas e da localização. A água é usada pelas plantas através da evapotranspiração natural, bem como sendo retida dentro dos tecidos vegetais. Água adicional é perdida por evaporação direta e salpicos. Como tal, a unidade precisará ser reabastecida periodicamente. A fonte de água utilizada terá um impacto na química da água da unidade. Abaixo está uma descrição de algumas fontes de água comuns e a composição química comum dessa água. As novas fontes de água devem ser sempre testadas quanto ao pH, dureza, salinidade, cloro e quaisquer poluentes, a fim de garantir que a água é segura de usar.

   Aqui é importante considerar um parâmetro adicional de qualidade da água: salinidade. A salinidade indica a concentração de sais na água, que incluem sal de mesa (cloreto de sódio - NaCl), bem como nutrientes vegetais, que são de fato sais. Os níveis de salinidade terão um grande impacto ao decidir qual água usar, pois a alta salinidade pode afetar negativamente a produção vegetal, especialmente se for de origem cloreto de sódio, pois o sódio é tóxico para as plantas. A salinidade da água pode ser medida com um medidor de condutividade elétrica (EC), um medidor de sólidos dissolvidos totais (TDS), um refratômetro ou um hidrômetro ou operadores podem consultar relatórios do governo local sobre a qualidade da água. A salinidade é medida como condutividade, ou quanto eletricidade passará pela água, como unidades de MicroSiemens por centímetro (µS/cm), ou em TDS como partes por mil (ppt) ou partes por milhão (ppm ou mg/litro). Para referência, a água do mar tem uma condutividade de 50 000 µS/ cm e TDS de 35 ppt (35 000 ppm). Embora o impacto da salinidade no crescimento das plantas varie consideravelmente entre as plantas (ponto 9.4.2, apêndice 1), recomenda-se a utilização de fontes de água com baixa salinidade. A salinidade, geralmente, é demasiado elevada se a água de abastecimento tiver uma condutividade superior a 1 500 µS/cm ou uma concentração TDS superior a 800 ppm. Embora os medidores EC e TDS sejam comumente usados para hidropônicos para medir a quantidade total de sais de nutrientes na água, esses medidores não fornecem uma leitura precisa dos níveis de nitrato, que podem ser melhor monitorados com kits de teste de nitrogênio.

   Água da chuva

   A água da chuva coletada é uma excelente fonte de água para a aquapônica. A água geralmente terá um pH neutro e concentrações muito baixas de ambos os tipos de dureza (KH e GH) e salinidade quase zero, o que é ideal para reabastecer o sistema e evitar acúmulos de salinidade a longo prazo. No entanto, em algumas áreas afetadas pela chuva ácida, conforme registrado em várias localidades da Europa Oriental, leste dos Estados Unidos da América e áreas do sudeste asiático, a água da chuva terá um pH ácido. Geralmente, é uma boa prática tamponar as águas pluviais e aumentar o KH, conforme indicado no ponto 3.5.2. Além disso, a colheita de água da chuva reduzirá os custos gerais de funcionamento da unidade, e é mais sustentável.

   Água de cisterna ou aquífero

   A qualidade da água retirada de poços ou cisternas dependerá em grande parte do material da cisterna e da rocha do aquífero. Se a rocha é calcária, então a água provavelmente terá concentrações bastante altas de dureza, o que pode ter um impacto sobre o pH da água. A dureza da água não é um grande problema na aquapônica, pois a alcalinidade é naturalmente consumida pelo ácido nítrico produzido pelas bactérias nitrificantes. No entanto, se os níveis de dureza forem muito altos e a nitrificação for mínima devido à pequena biomassa de peixes, a água pode permanecer ligeiramente básica (pH 7-8) e resistir à tendência natural dos sistemas aquapônicos para se tornarem ácidos através do ciclo de nitrificação e da respiração dos peixes. Neste caso, pode ser necessário utilizar quantidades muito pequenas de ácido para reduzir a alcalinidade antes de adicionar a água ao sistema, a fim de evitar oscilações de pH dentro do sistema. Aquíferos em ilhas de coral geralmente têm intrusão de água salgada na lente de água doce, e podem ter níveis de salinidade muito altos para a aquapônica, portanto o monitoramento é necessário e a coleta de água da chuva ou a filtração de osmose reversa podem ser melhores opções.

   Água da torneira ou municipal

   A água dos suprimentos municipais é freqüentemente tratada com diferentes produtos químicos para remover agentes patogênicos. Os produtos químicos mais comuns utilizados para o tratamento da água são o cloro e as cloraminas. Estes produtos químicos são tóxicos para peixes, plantas e bactérias; estes produtos químicos são usados para matar bactérias na água e, como tal, são prejudiciais para a saúde do ecossistema aquapônico global. Os kits de teste de cloro estão disponíveis; e se forem detectados altos níveis de cloro, a água precisa ser tratada antes de ser usada. O método mais simples é armazenar a água antes do uso, permitindo assim que todo o cloro se dissipe na atmosfera. Isso pode levar mais de 48 horas, mas pode ocorrer mais rápido se a água estiver fortemente arejada com pedras de ar. As cloraminas são mais estáveis e não ficam sem gás tão prontamente. Se o município utilizar cloraminas, pode ser necessário utilizar técnicas de tratamento químico, tais como filtração de carvão vegetal ou outros produtos químicos deslorinantes. Mesmo assim, o desgaseificação geralmente é suficiente em unidades de pequena escala que utilizam água municipal. Uma boa diretriz é nunca substituir mais de 10% da água sem testar e remover o cloro primeiro. Além disso, a qualidade da água dependerá da rocha se a água inicial for obtida. Verifique sempre novas fontes de água quanto aos níveis de dureza e pH, e use ácido, se necessário e necessário, para manter o pH dentro dos níveis ideais acima indicados.

   Água filtrada

   Dependendo do tipo de filtração (ou seja, osmose reversa ou filtragem de carbono), a água filtrada terá a maioria dos metais e íons removidos, tornando a água muito segura de usar e relativamente fácil de manipular. No entanto, como a água da chuva, a água desionizada da osmose reversa terá baixos níveis de dureza e deve ser tamponada.

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *

4. Os cinco parâmetros de qualidade da água mais importantes

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Oxigênio

   O oxigênio é essencial para todos os três organismos envolvidos na aquapônica; plantas, peixes e bactérias nitrificantes precisam de oxigênio para viver. O nível de OD descreve a quantidade de oxigénio molecular dentro da água e é medido em miligramas por litro. É o parâmetro de qualidade da água que tem o efeito mais imediato e drástico sobre a aquapônica. Na verdade, os peixes podem morrer dentro de horas quando expostos a baixa OD dentro dos tanques de peixes. Assim, garantir níveis adequados de OD é crucial para a aquapônica. Embora o monitoramento dos níveis de OD seja muito importante, pode ser um desafio porque os dispositivos precisos de medição de OD podem ser muito caros ou difíceis de encontrar. Muitas vezes, é suficiente que as unidades de pequena escala dependam da monitorização frequente do comportamento dos peixes e do crescimento das plantas, garantindo que as bombas de água e ar circulem e arejem constantemente a água.

   O oxigênio se dissolve diretamente na superfície da água da atmosfera. Em condições naturais, os peixes podem sobreviver em tais águas, mas em sistemas intensivos de produção com maiores densidades de peixes, essa quantidade de difusão de OD é insuficiente para atender às demandas de peixes, plantas e bactérias. Assim, o OD precisa ser complementado por meio de estratégias de gestão. As duas estratégias para a aquapônica em pequena escala são usar bombas de água para criar fluxo dinâmico de água, e usar aeradores que produzem bolhas de ar na água. O movimento e a aeração da água são aspectos críticos de cada unidade aquapônica, e sua importância não pode ser sobrecarregada. Estes tópicos, incluindo métodos de concepção e redundância, são discutidos mais adiante no Capítulo 4. Os níveis ideais de OD para cada organismo prosperar são 5-8 mg/l (figura 3.3). Algumas espécies de peixes, incluindo a carpa e a tilápia, podem tolerar níveis de OD tão baixos quanto 2-3 mg/litro, mas é muito mais seguro ter os níveis mais altos para a aquapônica, uma vez que todos os três organismos exigem o uso do OD na água.

   

   Temperatura da água e DO têm uma relação única que pode afetar a produção de alimentos aquapônicos. À medida que a temperatura da água aumenta, a solubilidade do oxigênio diminui. Por outro lado, a capacidade da água para segurar o OD diminui à medida que a temperatura aumenta; a água morna detém

   menos oxigênio do que a água fria (Figura 3.4). Como tal, recomenda-se que a aeração seja aumentada usando bombas de ar em locais quentes ou durante as épocas mais quentes do ano, especialmente se a criação de peixes delicados.

   

   pH

   

   Um conhecimento geral de pH é útil para a gestão de sistemas aquapônicos. O pH de uma solução é uma medida de quão ácida ou básica a solução é em uma escala que varia de 1 a 14. Um pH de 7 é neutro; qualquer coisa abaixo de 7 é ácido, enquanto qualquer coisa acima de 7 é básico. O termo pH é definido como a quantidade de íons de hidrogênio (H+) em uma solução; quanto mais íons de hidrogênio, mais ácidos.

   Dois aspectos importantes da escala de pH são ilustrados na Figura 3.5.

   • A escala de pH é negativa; um pH de 7 tem menos íons de hidrogênio do que um pH de 6.

   • A escala de pH é logarítmica; um pH de 7 tem 10 vezes menos íons de hidrogênio do que um pH de 6, 100 vezes menor que um pH de 5 e 1 000 vezes menor que um pH de 4.

   Por exemplo, se o pH de uma unidade aquapônica for registrado como 7, e mais tarde o valor for registrado como 8, a água agora tem dez vezes menos íons H+ livremente associados porque a escala é negativa e logarítmica. É importante estar ciente da natureza logarítmica da escala de pH porque ela não é necessariamente intuitiva. Para o exemplo anterior, se uma leitura posterior mostrasse que o pH era 9, o problema seria 100 vezes pior e, portanto, hipercrítico, em vez de ser apenas duas vezes pior.

   Importância do pH

   O pH da água tem um grande impacto em todos os aspectos da aquapônica, especialmente as plantas e bactérias. Para as plantas, o pH controla o acesso das plantas a micro e macronutrientes. Com um pH de 6,0-6,5, todos os nutrientes estão prontamente disponíveis, mas fora dessa faixa os nutrientes tornam-se difíceis de acessar para as plantas. Na verdade, um pH de 7,5 pode levar a deficiências de nutrientes de ferro, fósforo e manganês. Esse fenômeno é conhecido como bloqueio de nutrientes e é discutido no Capítulo 6.

   As bactérias nitrificantes experimentam dificuldade abaixo de um pH de 6, e a capacidade da bactéria de converter amônia em nitrato reduz em condições ácidas de pH baixo. Isso pode levar à redução da biofiltração e, como resultado, as bactérias diminuem a conversão de amônia em nitrato, e os níveis de amônia podem começar a aumentar, levando a um sistema desequilibrado estressante para os outros organismos.

   Os peixes também têm faixas de tolerância específicas para o pH, mas a maioria dos peixes usados em aquapônicos tem uma faixa de tolerância de pH de 6,0-8,5. No entanto, o pH afeta a toxicidade da amônia para os peixes, com pH maior levando a maior toxicidade. Este conceito é discutido de forma mais aprofundada na Secção 3.4. Em conclusão, a água aquapônica ideal é ligeiramente ácida, com uma faixa de pH ideal de 6-7. Esta gama irá manter as bactérias funcionando em alta capacidade, permitindo às plantas acesso total a todos os micro e macronutrientes essenciais. Os valores de pH entre 5,5 e 7,5 requerem atenção de gestão e manipulação através de meios lentos e medidos, discutidos na Secção 3.5 e no Capítulo 6. No entanto, um pH inferior a 5 ou acima de 8 pode rapidamente se tornar um problema crítico para todo o ecossistema e, portanto, é necessária atenção imediata.

   Existem muitos processos biológicos e químicos que ocorrem em um sistema aquaponico que afetam o pH da água, alguns mais significativamente do que outros, incluindo: o processo de nitrificação; a densidade do estoque de peixes; e o fitoplâncton.

   O processo de nitrificação

   O processo de nitrificação de bactérias naturalmente reduz o pH de um sistema aquapônico. Concentrações fracas de ácido nítrico são produzidas a partir do processo de nitrificação à medida que as bactérias libertam íons de hidrogênio durante a conversão de amônia em nitrato. Ao longo do tempo, o sistema aquapônico gradualmente se tornará mais ácido principalmente como resultado dessa atividade bacteriana.

   Densidade da meia de peixe

   A respiração, ou respiração, dos peixes, libera dióxido de carbono (CO2) na água. Este dióxido de carbono reduz o pH porque o dióxido de carbono se converte naturalmente em ácido carbônico (H2CO3) após contato com a água. Quanto maior a densidade do estoque de peixes da unidade, mais dióxido de carbono será liberado, diminuindo assim o nível de pH global. Este efeito é aumentado quando os peixes são mais ativos, como em temperaturas mais quentes.

   Fitoplâncton

   A respiração por peixes reduz o pH liberando dióxido de carbono na água; inversamente, a fotossíntese de plâncton, algas e plantas aquáticas remove o dióxido de carbono da água e aumenta o pH. O efeito das algas sobre o pH segue um padrão diário, onde o pH aumenta durante o dia à medida que as plantas aquáticas fotossintetizam e removem o ácido carbônico, e depois cai durante a noite à medida que as plantas respira e liberam ácido carbônico. Portanto, o pH é no mínimo ao nascer do sol e no máximo ao pôr-do-sol. Em sistemas RAS padrão ou aquapônicos, os níveis de fitoplâncton são geralmente baixos e, portanto, o ciclo diário de pH não é afetado. No entanto, algumas técnicas de aquicultura, como a aquicultura de lagoas e algumas técnicas de criação de peixes, utilizam deliberadamente fitoplâncton, pelo que o tempo de monitorização deve ser escolhido com sabedoria.

   Temperatura

   A temperatura da água afeta todos os aspectos dos sistemas aquapônicos. No geral, um intervalo geral de comprometimento é de 18-30 °C. A temperatura tem um efeito sobre o OD, bem como sobre a toxicidade (ionização) da amônia; altas temperaturas têm menos OD e mais unionizada (tóxica) de amoníaco. Além disso, altas temperaturas podem restringir a absorção de cálcio nas plantas. A combinação de peixes e plantas deve ser escolhida para corresponder à temperatura ambiente para a localização dos sistemas, e alterar a temperatura da água pode ser muito intensiva e dispendiosa. Peixes de água quente (por exemplo, tilápia, carpa comum, bagre) e bactérias nitrificantes prosperam em temperaturas de água mais altas de 22-29 °C, assim como alguns vegetais populares, como quiabo, couves asiáticas e manjericão. Contrariamente, alguns vegetais comuns, como alface, acelga suíça e pepinos, crescem melhor em temperaturas mais frias de 18-26 °C, e peixes de água fria, como a truta, não toleram temperaturas superiores a 18 °C. Para obter mais informações sobre faixas de temperatura ideais para plantas e peixes individuais, consulte os capítulos 6 e 7 sobre a produção vegetal e de peixe, respetivamente, e o apêndice 1 para informações fundamentais sobre o crescimento de 12 produtos hortícolas populares.

   Embora seja melhor escolher plantas e peixes já adaptados ao clima local, existem técnicas de gestão que podem minimizar as flutuações de temperatura e prolongar a estação de crescimento. Os sistemas também são mais produtivos se as flutuações diárias, de dia a noite, de temperatura forem mínimas. Portanto, a própria superfície da água, em todos os tanques de peixes, unidades hidropônicas e biofiltros, deve ser protegida do sol usando estruturas de sombra. Da mesma forma, a unidade pode ser protegida termicamente usando isolamento contra temperaturas noturnas frias onde quer que elas ocorram. Alternativamente, existem métodos para aquecer passivamente unidades aquapônicas usando estufas ou energia solar com tubos agrícolas enrolados, que são mais úteis quando as temperaturas são inferiores a 15 °C; estes métodos são descritos mais detalhadamente nos Capítulos 4 e 9.

   É igualmente possível adoptar uma estratégia de produção de peixe para atender às diferenças de temperatura entre o Inverno e o Verão, especialmente se a época de Inverno tiver temperaturas médias inferiores a 15 °C durante mais de três meses. Geralmente, isso significa que peixes e plantas adaptados a frio são cultivados durante o inverno, e o sistema é alterado para peixes e plantas de água quente à medida que as temperaturas sobem novamente na primavera. Se esses métodos não forem viáveis durante as estações frias de inverno, também é possível simplesmente colher os peixes e as plantas no início do inverno e desligar os sistemas até a primavera. Durante as épocas de verão com temperaturas extremamente quentes (mais de 35 °C), é essencial selecionar os peixes e plantas apropriados para cultivar (ver capítulos 6 e 7) e sombrear todos os recipientes e o espaço de cultivo da planta.

   Azoto total: amoníaco, nitrito, nitrato

   O nitrogênio é o quarto parâmetro crucial de qualidade da água. É exigido por toda a vida e parte de todas as proteínas. Originalmente, o azoto entra num sistema aquapónico a partir da alimentação dos peixes, geralmente rotulado como proteína bruta e medido em percentagem. Parte desta proteína é usada pelos peixes para o crescimento, e o restante é liberado pelo peixe como resíduo. Este resíduo é principalmente na forma de amônia (NH3) e é liberado através das brânquias e como urina. Os resíduos sólidos também são liberados, alguns dos quais são convertidos em amônia pela atividade microbiana. Este amoníaco é então nitrificado por bactérias, discutido no ponto 2.1, e convertido em nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-). Os resíduos azotados são venenosos para pescar em determinadas concentrações, embora o amoníaco e o nitrito sejam aproximadamente 100 vezes mais venenosos do que o nitrato. Embora tóxicos para os peixes, os compostos nitrogenados são nutritivos para as plantas e, de fato, são o componente básico dos fertilizantes vegetais. Todas as três formas de azoto (NH3, NO2- e NO3- ) podem ser utilizadas pelas plantas, mas o nitrato é de longe o mais acessível. Numa unidade aquapónica em pleno funcionamento com biofiltração adequada, os níveis de amoníaco e nitrito devem ser próximos de zero ou, no máximo, 0,25-1,0 mg/l. As bactérias presentes no biofiltro devem estar convertendo quase toda a amônia e nitrito em nitrato antes que qualquer acumulação possa ocorrer.

   Impactos da alta amônia

   A amônia é tóxica para os peixes. A tilápia e a carpa podem apresentar sintomas de intoxicação por amônia em níveis tão baixos quanto 1,0 mg/l. A exposição prolongada a este nível ou acima dela causará danos ao sistema nervoso central e às brânquias dos peixes, resultando em perda de equilíbrio, respiração prejudicada e convulsões. O dano às brânquias, muitas vezes evidenciado pela coloração vermelha e inflamação nas brânquias, restringirá o correto funcionamento de outros processos fisiológicos, levando a um sistema imunológico suprimido e a uma eventual morte. Outros sintomas incluem estrias vermelhas no corpo, letargia e ofegante na superfície para o ar. Em níveis mais elevados de amônia, os efeitos são imediatos e numerosas mortes podem ocorrer rapidamente. No entanto, níveis mais baixos ao longo de um longo período ainda podem resultar em stress dos peixes, aumento da incidência de doenças e maior perda de peixes.

   Como discutido acima, a toxicidade de amônia é realmente dependente tanto do pH quanto da temperatura, onde o pH mais alto e a temperatura da água tornam a amônia mais tóxica. Quimicamente, a amônia pode existir em duas formas em água, ionizada e unionizada. Juntas, essas duas formas juntas são chamadas de nitrogênio de amônia total (TAN), e kits de teste de água são incapazes de distinguir entre os dois. Em condições ácidas, a amônia se liga ao excesso de íons de hidrogênio (pH baixo significa uma alta concentração de H+) e torna-se menos tóxica. Esta forma ionizada é chamada de amônio. No entanto, em condições básicas (pH alto, acima de 7), não há íons hidrogênio suficientes e a amônia permanece em seu estado mais tóxico, e mesmo baixos níveis de amônia podem ser altamente estressantes para os peixes. Este problema é exacerbado em condições de água morna.

   A atividade de bactérias nitrificantes diminui drasticamente em altos níveis de amônia. O amoníaco pode ser utilizado como agente antibacteriano e, em níveis superiores a 4 mg/l, irá inibir e reduzir drasticamente a eficácia das bactérias nitrificantes. Isso pode resultar em uma situação de deterioração exponencial quando um biofiltro subdimensionado é sobrecarregado por amônia, as bactérias morrem e a amônia aumenta ainda mais.

   Impactos do alto nitrito

   Nitrito é tóxico para os peixes. Semelhante ao amoníaco, podem surgir problemas com a saúde dos peixes com concentrações tão baixas como 0,25 mg/l. Níveis elevados de NO2- podem levar imediatamente a mortes rápidas de peixes. Novamente, mesmo níveis baixos ao longo de um período prolongado podem resultar em aumento do estresse, doença e morte dos peixes.

   Níveis tóxicos de NO2- impedem o transporte de oxigénio dentro da corrente sanguínea dos peixes, o que faz com que o sangue se torne uma cor castanho-chocolate e é por vezes conhecida como “doença do sangue castanho”. Este efeito também pode ser visto nas brânquias de peixe. Os peixes afetados apresentam sintomas semelhantes aos envenenamento por amônia, particularmente quando os peixes parecem ser privados de oxigênio, visto ofegante na superfície, mesmo em água com alta concentração de OD. A saúde dos peixes é abordada mais pormenorizadamente no capítulo 7.

   Impactos do alto nitrato

   O nitrato é muito menos tóxico do que as outras formas de azoto. É a forma mais acessível de nitrogênio para as plantas, e a produção de nitrato é o objetivo do biofiltro. Os peixes podem tolerar teores até 300 mg/l, com alguns níveis tolerantes aos peixes até 400 mg/l. Os níveis elevados (\ > 250 mg/l) terão um impacto negativo nas plantas, levando ao crescimento vegetativo excessivo e ao acúmulo perigoso de nitratos nas folhas, o que é perigoso para a saúde humana. Recomenda-se a manutenção dos níveis de nitratos a 5-150 mg/l e a troca de água quando os níveis aumentarem.

   Dureza da água

   O parâmetro final de qualidade da água é a dureza da água. Existem dois tipos principais de dureza: dureza geral (GH) e dureza carbonato (KH). A dureza geral é uma medida de íons positivos na água. A dureza do carbonato, também conhecida como alcalinidade, é uma medida da capacidade de tamponamento da água. O primeiro tipo de dureza não tem um grande impacto no processo aquapônico, mas a KH tem uma relação única com o pH que merece mais explicações.

   Dureza geral

   A dureza geral é essencialmente a quantidade de íons cálcio (Ca2+), magnésio (Mg2+) e, em menor grau, ferro (Fe+) presentes na água. É medido em partes por milhão (equivalente a miligramas por litro). Altas concentrações de GH são encontradas em fontes de água, como aquíferos à base de calcário e/ou leitos de rios, uma vez que o calcário é essencialmente composto de carbonato de cálcio (CaCO3). Ambos os íons Ca2+ e Mg 2+ são nutrientes essenciais das plantas, e são absorvidos pelas plantas à medida que a água flui através dos componentes hidropônicos. A água da chuva tem baixa dureza da água porque esses íons não são encontrados na atmosfera. A água dura pode ser uma fonte útil de micronutrientes para a aquapônica, e não tem efeitos sobre a saúde dos organismos. Na verdade, a presença de cálcio na água pode evitar que os peixes percam outros sais e levar a um estoque mais saudável.

   Dureza de carbonato ou alcalinidade

   A dureza do carbonato é a quantidade total de carbonatos (CO32-) e bicarbonatos (HCO3-) dissolvidos em água. Também é medido em miligramas de CaCO3 por litro.

   Em geral, considera-se que a água tem um elevado KH a níveis de 121-180 mg/l. A água proveniente de poços rochos/aquíferos de pedra calcária terá normalmente uma elevada dureza de carbonato de cerca de 150-180 mg/l.

   A dureza do carbonato na água tem um impacto no nível de pH. Simplificando, KH atua como um tampão (ou uma resistência) para a redução do pH. Carbonato e bicarbonato presentes na água se ligam aos íons H+ liberados por qualquer ácido, removendo assim esses íons H+ livres da água. Portanto, o pH permanecerá constante mesmo quando novos íons H+ do ácido forem adicionados à água. Este tampão KH é importante, porque mudanças rápidas no pH são estressantes para todo o ecossistema aquapônico. O processo de nitrificação gera ácido nítrico (HNO3), como discutido na secção 3.2.2, que é dissociado em água nos seus dois componentes, os iões de hidrogénio (H+) e o nitrato (NO3-), sendo estes últimos utilizados como fonte de nutrientes para as plantas. No entanto, com KH adequado, a água não se torna mais ácida. Se não houvesse carbonatos e bicarbonatos presentes na água, o pH cairia rapidamente na unidade aquapônica. Quanto maior a concentração de KH na água, mais tempo ele atuará como um tampão para o pH para manter o sistema estável contra a acidificação causada pelo processo de nitrificação.

   A próxima seção descreve esse processo com mais detalhes. É um processo bastante complicado, mas é importante compreender para os praticantes da aquapônica (ou outras culturas sem solo) onde a água disponível é naturalmente muito dura (o que normalmente é o caso em regiões com pedra calcária ou giz), uma vez que a manipulação do pH se tornará uma parte vital da gestão da unidade. O ponto 3.5 contém técnicas específicas de manipulação do pH. O resumo que segue a descrição estendida irá listar o que é essencial para todos os praticantes para saber em relação à dureza.

   Como mencionado acima, a nitrificação constante em uma unidade aquapônica produz ácido nítrico e aumenta o número de íons H+ , o que diminuiria o pH na água. Se não houver carbonatos ou bicarbonatos presentes para tamponar os íons H+ na água, o pH cairá rapidamente à medida que mais íonsH+ forem adicionados à água. Carbonatos e bicarbonatos, como mostrado na Figura 3.6, ligam os íons de hidrogênio (H+) liberados do ácido nítrico e mantêm um pH constante equilibrando o excedente de H+com a produção de ácido carbônico, que é um ácido muito fraco. Os íons H+ permanecem ligados ao composto e não estão livres na água. A Figura 3.7 mostra mais detalhadamente o processo de ligação que ocorre com ácido nítrico.

   

   

   É essencial para a aquapônica que uma certa concentração de KH esteja presente em todos os momentos na água, pois pode neutralizar os ácidos criados naturalmente e manter o pH constante. Sem KH adequado, a unidade poderia ser submetida a mudanças rápidas de pH que teriam impactos negativos em todo o sistema, especialmente nos peixes. No entanto, KH está presente em muitas fontes de água. Reabastecer a unidade com água dessas fontes também reabastecerá os níveis de KH. No entanto, a água da chuva é baixa em KH, e em sistemas de chuva é útil adicionar fontes externas de carbonato, como explicado abaixo.

   Resumo dos pontos essenciais sobre a dureza

   Dureza Geral (GH) é a medição de íons positivos, especialmente cálcio e magnésio.

   A dureza do carbonato (KH) mede a concentração de carbonatos e bicarbonatos que tampam o pH (criam resistência à mudança de pH). A dureza pode ser classificada ao longo da escala de dureza da água como mostrado abaixo:

   O nível ideal de ambos os tipos de dureza para a aquapônica é de cerca de 60-140 mg/l. Não é vital verificar os níveis na unidade, mas é importante que a água que está sendo usada para reabastecer a unidade tenha concentrações adequadas de KH para continuar neutralizando o ácido nítrico produzido durante o processo de nitrificação e tamponar o pH em seu nível ótimo (6-7).

   | Classificação da dureza da água | mg/litro | | — | — | | macio | 0-60 mg/l | | moderadamente duro | 60-120 mg/l | | disco rígido | 120-180 mg/litro | | muito difícil |\ > 180 mg/l |

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *

5. Testes de água

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

   Para manter a boa qualidade da água em unidades aquapônicas, recomenda-se realizar testes de água uma vez por semana para garantir que todos os parâmetros estejam dentro dos níveis ideais. No entanto, unidades aquapônicas maduras e experientes terão química da água consistente e não precisam ser testadas com tanta frequência. Nestes casos, o teste de água só é necessário se houver suspeita de um problema. Além disso, o monitoramento diário da saúde dos peixes e das plantas que crescem na unidade indicará se algo está errado, embora este método não substitua o teste de água.

   

   O acesso a testes de água simples é fortemente recomendado para cada unidade aquapônica. Os kits de teste de água doce codificados por cores estão prontamente disponíveis e fáceis de usar (Figura 3.13). Esses kits incluem testes de pH, amônia, nitrito, nitrato, GH e KH. Cada teste envolve a adição de 5-10 gotas de um reagente em 5 mililitros de água aquapônica; cada teste não leva mais de cinco minutos para ser concluído. Outros métodos incluem medidores digitais de pH ou nitrato (relativamente caros e muito precisos) ou tiras de teste de água (mais baratos e moderadamente precisos, Figura 3.14).

   

   Os testes mais importantes para realizar semanalmente são pH, nitrato, dureza do carbonato e temperatura da água, pois esses resultados indicarão se o sistema está em equilíbrio. Os resultados devem ser registados semanalmente num diário de bordo dedicado para que as tendências e mudanças possam ser monitorizadas ao longo das épocas de crescimento. Testes de amoníaco e nitrito também são extremamente úteis para diagnosticar problemas na unidade, especialmente em novas unidades ou se um aumento da mortalidade por peixes suscitar preocupações de toxicidade em um sistema em curso. Embora não sejam essenciais para o monitoramento semanal em unidades estabelecidas, elas podem fornecer indicadores muito fortes de quão bem as bactérias estão convertendo os resíduos de peixes e a saúde do biofiltro. Os testes de amônia e nitrato são a primeira ação se houver problemas com os peixes ou plantas.

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *

6. Trabalhando dentro da faixa de tolerância para cada organismo

   Original publication 2014 · Publicado pela primeira vez no FarmHub Learn 2020-07-06 · Food and Agriculture Organization of the United Nations

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

   Como discutido no Capítulo 2, a aquapônica é principalmente sobre o equilíbrio de um ecossistema de três grupos de organismos: peixes, plantas e bactérias (Figura 3.2). Cada organismo numa unidade aquapónica tem um intervalo de tolerância específico para cada parâmetro de qualidade da água (Quadro 3.1). Os intervalos de tolerância são relativamente semelhantes para os três organismos, mas há necessidade de compromisso e, portanto, alguns organismos não estarão funcionando ao seu nível ideal.

   TABELA 3.1

   Tolerâncias gerais de qualidade da água para peixes (água quente ou fria), plantas hidropônicas e bactérias nitrificantes

   O quadro 3.2 ilustra o compromisso ideal para a aquapônica que é necessário para os principais parâmetros de qualidade da água. Os dois parâmetros mais importantes para equilibrar são o pH e a temperatura. Recomenda-se que o pH seja mantido a um nível comprometido de 6-7, ou ligeiramente ácido.

   TABELA 3.2

   Parâmetros ideais para a aquapônica como compromisso entre os três organismos

   A gama geral de temperaturas é de 18 a 30 °C e deve ser gerida no que diz respeito aos peixes ou espécies vegetais visados cultivados; as bactérias prosperam em toda esta gama. É importante escolher emparelhamentos adequados de peixes e espécies vegetais que correspondam bem às condições ambientais. O capítulo 7 e o apêndice 1 descrevem as temperaturas de crescimento óptimas dos peixes e plantas comuns.

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

   *Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *