AM020 A Crise Global, os Desafios Sociais e
a Universidade Necessária
Análise sistêmica e energética
de uma bacia hidrográfica
e de seus subsistemas
Enrique Ortega Rodríguez
Laboratório de Engenharia Ecológica
FEA, Unicamp, CP 6121
Campinas, SP 13083-862
E-mail: <[email protected]>
Para entender o funcionamento dos
sistemas aquáticos é necessário um
conhecimento multidisciplinar de boa
qualidade, sobre a interação entre os
recursos físicos, bióticos e humanos
no espaço físico de interesse.
A análise do sistema deve levar a uma
síntese que consiste na elaboração de um
modelo do funcionamento energético do
sistema.
O modelo permite avaliar o desempenho,
fazer simulações de novos cenários no
computador e estudar os mecanismos de
resposta às forças externas e de
reestruturação interna do sistema.
A análise emergética aplicada ao estudo
de sistemas de produção rural permite:
(a) Calcular a capacidade de suporte
renovável e compará-la com as
capacidades obtidas ao usar, de
forma intensa, insumos derivados de
recursos não renováveis;
(b) Calcular a contribuição dos sistemas
aquáticos nas cadeias tróficas
geradas com os peixes exportados;
(c) Visualizar, por meio de cenários, as
tendências de evolução (composição,
espécies) dos sistemas aquáticos;
(d) Prever situações de risco e discutir,
com antecedência, medidas para
solucionar esses problemas.
Faremos uma previsão dos resultados da
análise emergética da produção em sítios
e fazendas onde se integra a produção de
milho e suínos com a criação de tilápia, na
região Oeste de Santa Catarina.
Depois compararemos a previsão feita
com os resultados de uma pesquisa de
campo.
Aqüicultura em Santa Catarina
Produção integrada de
grãos, suínos e tilápia
NPK
Fertilizers
Herbicides
Limestone
Ground
water
355.6
Biomass
199.0
267.9
27.6
43.1
$
$
Forest
6 ha
$
Farmer
713.6
307.2
Biomass
757.6
Rain
418.1
?
181.9
Tese de mestrado de
Otavio Cavalett (2004)
Gov.
Taxes
Other
Imputs
5070.7
472.3
31.6
Electricity
Fossil fuels
Pig feed
515.1
Soybean/
Corn/Wheat
$
82.7
53.8
12.5
19.1
2181.5
17 ha
138.5
5138.5
Biomass
Pig
Pig
30.3
2.55E+10
Soybean/
Wheat
$
1 ha
3.68E+11
?
Manure
1221.8
142.9
30.3
$
324.0
Fish
Pond
Biomass
Fish
4.84E10
9.5
1 ha
Integrated production system with 25 ha
Soil loss
A partir dos índices de desempenho
emergético é possível discutir a
problemática socioambiental das
bacias hidrográficas porém geralmente
não há informação suficiente para
analisar a situação sanitária.
Também abordaremos um modelo de
simulação da aquicultura.
Introdução
A produção de peixe em recursos
hídricos pode ocorrer em:
(a) sistemas naturais (Figura 1);
(b) sistemas alterados pelo homem
(Figura 2).
Água
evaporada
Vento
Chuva
Biodiversidade
regional
Biodiversidade
local
Solo
Rocha
Água da
bacia
Água
superficial
Intemperismo
Água
subterrânea
Matéria
Sed- orgânica
mentos
Lençóis freáticos
Sol
Correntes de água
Matéria orgânica
Sedimentos
Restos biomassa vegetal
Restos biomassa animal
Biomassa
Produtores
consumidores
Figura 1. Diagrama de uma bacia hidrográfica sem intervenção humana.
A produção baseada em recursos hídricos naturais
ainda existe em lugares isolados sem poluição
onde a produtividade é relativamente pequena
(500 kg/ha/ano) e a variedade de peixes é grande.
A cadeia trófica se desenvolve usando:
(a) a energia solar direta (sol) e indireta (vento e
chuva),
(b) os sedimentos e matéria orgânica produzidos
pelos processos de intemperismo e
(c) A produção de biomassa vegetal que ocorre
dentro da bacia.
Nos sistemas com maior intervenção humana
a produtividade é maior.
Os sistemas de aquicultura intensiva, que
usam produtos químicos e agroquímicos
derivados do petróleo, atingem uma
produção entre 5000 a 12 000 kg/ha/ano.
Mas ocorre poluição dos recursos hídricos
e a biodiversidade diminui muito.
As fontes energéticas renováveis diminuem e
aumentam as fontes energéticas não-renováveis,
isto é:
 Ração feita com grãos da agricultura química
que usa recursos não renováveis;
 Resíduos animais;
 Infraestrutura cara;
 Maquinaria;
 Eletricidade;
 Combustível;
 Produtos químicos.
Vento
Combustíveis
fósseis, bens e
serviços
Chuva
Rocha
Minerais
Órgãos
estaduais
regionais
Informação
Informação
Água
Nutrientes superficial
subterrânea
Matéria
orgânica
SubstânciasSedimento
Evapotranspiração
População
humana
tóxicas
Tratamento
de água
Administração
local
Cidadãos
(usuários)
Sol
Áreas
naturais
Indústria
Área
lazer
Comércio
de bens e
serviços
Silvicultura
Resíduos
Pecuária
Agricultura
Pastagens
Aquicultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos
Figura 2. Diagrama de uma bacia hidrográfica com intervenção humana.
NeP
atmosfera
Vento
Chuva
Rocha
Intemperismo
Biodiversidade
regional
Combustíveis
fósseis, bens e
serviços
Minerais e
biomassa
Água
superficial
Nutrientes
Matéria
orgânica
Evapotranspiração
Correntes de ar
subterrânea
Substâncias
tóxicas Sedimentos
Órgãos
estaduais
regionais
População
humana
Informação
Sol
Indústria e
atividades
urbanas
Agricultura
Pastagens
Pecuária
Aquicultura
Curso-de-água
Produtos incluindo
os da aquicultura
Resíduos,
dejetos, perdas
Figura 3. Diagrama resumido das interações de um sistema de aqüicultura.
Água da bacia,
Sedimentos,
Matéria
orgânica
NeP
atmosfera
Biodiversidade
regional
Produtos
agrícolas
Insumos
químicos
Produtos
pecuários
Bens
Infraestrutura
Substâncias
tóxicas
Combustíveis e
eletricidade
População
humana
Chuva
Informação
Evapo-transpiração
Infraestrutura
produtiva
Solo e biodiversidade
local
Vento
Sol
Serviços
públicos e
privados
Organização
familiar e dos
trabalhadores
residentes
Aqüicultura
Serviços para
o exterior
Serviços ambientais
Produtos da
aqüicultura
Curso-de-água
Resíduos,
dejetos, perdas
Energia degradada
Figura 4. Diagrama de fluxos de energia, materiais e informação.
Materiais da
economia urbana
(não renováveis
Recursos
renováveis da
natureza
(indiretos)
R2
Recursos
renováveis da
natureza
(diretos)
R1
Albedo
S
M
N1
Solo e
biodiversidade
não reposta
Evapo-transpiração
Serviços da
economia urbana
(não renováveis)
N2
Infra-estrutura
e organização
não reposta
Serviços para o exterior
Serviços ambientais
Produtos da aqüicultura
Aqüicultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos, perdas
Energia degradada
Figura 5. Diagrama resumido dos fluxos de energia, materiais e
informação.
Contribuições economia
humana (materias e serviços)
não renováveis
S
M
ENTRADAS
MUDANÇA NOS
ESTOQUES INTERNOS
Contribuições
renováveis da
natureza
N
Contribuição
não renovável
da natureza
SAÍDAS
Serviços ambientais
Produtos da aqüicultura
R
Aqüicultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos, perdas
Energia degradada
Figura 6. Diagrama de fluxos agregados de um sistema aqüícola.
As figuras anteriores ilustram o processo de
identificação das forças que atuam sobre um
sistema de aquicultura instalado em uma
bacia hidrográfica.
Os diagramas no início mostram todas as
partes do ecossistema, depois se estabelece
um foco (o sistema de aquicultura) até que
finalmente se obtém o diagrama mínimo de
fluxos agregados
Com ele se pode analisar a ação das forças
externas e internas que definem o
comportamento biológico e energético do
viveiro de aquicultura.
Na figura seguinte mostra-se a relação
entre os indicadores emergéticos de
desempenho (Tr, EYR, EIR, %Ren)
com os fluxos agregados do sistema e
com a energia que ele produz para
consumo externo.
F
F=M+S
ENTRADAS
Y=I+F
SAÍDAS
E = soma (Ei)
MUDANÇA
NO ESTOQUE
I=R+N
E = recursos energéticos produzidos
N
Serviços ambientais
Produtos da aqüicultura
R
Aqüicultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos, perdas
Y
Tr = transformity = ---E
Valor inverso da eficiência
Y
EYR = yield ratio = ---F
Saldo líquido de emergia
F
EIR = investment ratio = ---I
Recursos pagos / Gratuitos
R
Ren = renewability = ---Y
Renováveis / Recursos totais
Figura 7. Indicadores emergéticos de desempenho ecossistêmico.
A figura seguinte prevê o comportamento
energético dos sistemas de aqüicultura
ao se intensificar a intervenção humana.
A economia subsidiada pelo preço baixo
do petróleo premia hoje a aqueles que
usam mais recursos não renováveis.
F
F
F
N
R
N
R
R
N
R
F=M+S
N
Renováveis / Recursos totais
R
Ren = renewability = ---Y
Saldo líquido de emergia
Y
EYR = yield ratio = ---F
Valor inverso da eficiência
Y
Tr = transformity = ---E
Recursos pagos / Gratuitos
F
EIR = investment ratio = ---I
Figura 8. Mudanças nos índices ao intensificar-se o uso de não renováveis.
Resultados
Água da
bacia
hidrográfica
Fertilizantes,
Herbicidas,
Calcário
Eletricidade,
Combustíveis
derivados do
petróleo
Outros
insumos
Biomassa
Chuva
Vento
Radiação
solar
Impostos
$
Reserva
florestal
Família do
agricultor
$
Trabalho
humano
Biomassa
$
Produção de
milho e soja
Milho e soja
$
Suínos
Suínos em Biomassa
chiqueiros
Esterco
Água
Suínos em Esterco
gaiolas
Biomassa
Viveiro de
aquicultura
$
Tilápia
$
Efluentes com
sedimentos e
matéria orgânica
Energia degradada e dispersada
Figura 9. Viveiro integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
Tabela 1. Indicadores emergéticos e econômicos de
viveiros alimentados com excrementos de suínos no
Oeste de Santa Catarina (Cavalett, 2004).
Viveiros alimentados com diversas
taxas de dejetos suínos
Tr (sej/J) x 108
EYR
EIR
Rentabilidade
%Renovabilidade
30
suínos/ha
1,98
1,92
1,09
1,44
48
60
suínos/ha
1,40
1,59
1,69
2,83
32
90
suínos/ha
1,34
1,46
2.16
3,38
30
Com pode se observar, ao se intensificar o uso
de dejetos suínos o saldo emergético líquido
(EYR) cai devido a que a participação dos
recursos naturais diminui.
Da mesma maneira a taxa de rentabilidade
aumenta e a renovabilidade cai muito.
Os valores crescentes de EIR revelam que os
sistemas se tornam cada vez mais dependentes
do uso de recursos não renováveis.
A ração industrializada utilizada para alimentar
os suínos é feita com soja que é produzida
com fertilizantes químicos e pesticidas e por
tanto possui uma baixa renovabilidade.
4
Tr x E8
EYR
3
EIR
Rentabilidade
2
1
0
30
60
90
Figura 10. Índices dos viveiros integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
Renovabilidade
60
40
20
0
30
60
Figura 11. Queda da renovabilidade ao intensificar um viveiro
integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
90
As figuras 10 e 11 (Cavalett, 2004) confirmam as
previsões (Figura 8) dentro de um intervalo
reduzido de opções tecnológicas, pois não foram
incluídas a opção natural nem opções com maior
uso de maquinário e produtos químicos.
Como não se premiam os serviços ambientais
nem se contabilizam as externalidades
negativas, a intensificação aumenta a
rentabilidade da micro-empresa sacrificando o
ambiente e o futuro da sociedade (menor
renovabilidade e perda da biodiversidade)
Observações
A aquicultura integrada a suinocultura começou
como uma atividade marginal dos pequenos
agricultores familiares da região Oeste de Santa
Catarina, da qual eram totalmente responsáveis.
Desta forma durante parte do tempo de trabalho
deixavam de atuar como simples prestadores de
serviços para as grandes empacadoras de carne
de aves e suínos e se beneficiavam de um
investimento próprio.
A adoção dos viveiros permitiu aos
agricultores-suinocultores obter um lucro
adicional e em alguns casos participar
também do benefícios da venda direta do
peixe e de seu processamento industrial.
A percentagem de esterco utilizado na
piscicultura é relativamente pequena e não
resolve o problema do excesso de esterco
que em muitos casos é jogado no rio mais
próximo, causando impactos ambientais de
diversos tipos.
A região excede em 100 vezes sua capacidade
de suporte natural (300 em vez de 3 suínos por
hectare).
Trata-se de um problema de gestão da bacia
hidrográfica que tem que ser resolvido com a
participação de todos os envolvidos (agricultores,
empresas centros de pesquisa, governo).
Como o problema é grave e complexo deve
considerar-se a possibilidade de metas ou
etapas sucessivas até resolver definitivamente o
problema da poluição dos recursos hídricos.
Esse mesmo problema pode se repetir nas
regiões de expansão da produção de milho e
soja no Centro-Oeste do Brasil onde se criam
as condições para utilizar os grãos para
engordar aves e suínos ... e peixes! E de se
repetir o fenômeno da poluição dos recursos
hídricos.
A solução seria planejar antecipadamente
parques industriais ecológicos com áreas
destinadas a absorção do impacto ambiental
gerado pelo acúmulo de dejetos fecais dos
animais criados em confinamento.
A figura seguinte mostra a forma como
a civilização urbana coloca pressões
aos agrupamentos rurais para mudar a
forma de uso dos recursos naturais
locais, para diminuir o atendimento a
população local e orientar a produção
para o mercado externo.
Atmosfera
Biodiversidade
regional
Investimentos, empréstimos,
produtos químicos, maquinário
Forças ideologicas
Auto-suficiência
Atmosfera local Solo e
micro(microclima)
biota
Produtos
químicos
industriais
RR
Lagoa natural
ou viveiro de
aqüicultura
Forças
sociais
ecológicas
Empresas de
tecnologia e
comércio
$
Forças
sociais anti- $
ecológicas
InfraBiomassa estrutura
e
biodiversidade
Processamento
e consumo
$
$: Estoques e fluxos monetários
Saída de recursos piscícolas
para consumo externo
Recurso hídrico utilizado para produzir peixes
Figura 12. Pressões para mudar a forma de uso dos recursos naturais.
Modelagem da dinâmica de
um sistema de aqüicultura.
Y = Fluxo de energia solar absorvido
E = Fluxo de energia
dentro do sistema
Ep = Energia produzida pelo sistema
Ciclagem de nutrientes dentro do sistema
F = Feedback dentro
do sistema
Feedback
externo
F1
Nutrientes
externos
Ep1
Sol
F2
Ep2
Decompositores
Resíduos
Q = Energia dispersada nas transformações
Ep3
F = Feedback
Y = Fluxo de energia solar absorvido
E = Fluxo de energia
dentro do sistema
F = Feedback
Feedback
Sol
Produto
Resíduos
Q = Energia dispersada nas transformações
Resíduo
Fluxo de energia solar absorvido
Biodiversidade
Sol
Biomassa
Biodiversidade
Biomassa
Biodiversidade
Biomassa
Biodiversidade
Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Feedback
Fluxo de energia solar absorvido
Sol
Biodiversidade
Biomassa
Biodiversidade
Biomassa
Biodiversidade
Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Biodiversidade
Biomassa
Ciclos de produção e consumo na pscicultura
Sistema
natural
Sistema de
aquicultura
simples
Sistema de
aquicultura mais
intenso
Sistema de
aquicultura super
intensificado
Retorno aos
níveis de maior
renovabilidade
Produtividade
Capacidade de suporte
aumentada artificialmente usando
recursos não-renováveis
Capacidade de suporte natural
(máxima renovabilidade e
diversidade)
Retorno ao
desenvolvimento
sustentável
Uso de petróleo e
seus derivados na
produção, consumo
e tratamento
Tempo
Dinâmica de sistemas (Holling, 1986)
Hipertrofia
Oligotrofia
Eutrofia
Mesotrofia
Distrofia
O ciclo adaptativo contém quatro fases: exploração (organização em
um novo sistema político e social), conservação (manutenção e
proliferação do novo sistema), desagregação (revolução) e
reorganização (mudança de regime e novo paradigma). O sistema
alcança seu maior potencial de uso humano no fim da conservação, por
outro lado, nesse momento ocorre a maior perda de biodiversidade. O
sistema natural se recupera na fase de reorganização.
Bibliografia
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