Aquaponia – tudo o que você precisa saber

O que é aquaponia

Aquaponia é um método de cultivo que cultiva plantas em combinação com a aquicultura, ou a criação de animais aquáticos como peixes e, eventualmente, lagostins, caracóis, conchas ou camarões. Faz parte dos métodos mais amplos de cultivo “sem solo”, incluindo hidroponia e aeroponia.

Na sua forma moderna, a aquaponia é frequentemente combinada com o cultivo hidropónico de tecnologia relativamente alta – o cultivo de plantas sem solo – utilizando água para lhes fornecer os seus nutrientes. Muitas vezes, pode fazer parte de uma agricultura vertical ou de um sistema de agricultura interna.

Discutimos detalhadamente os diferentes sistemas possíveis para o cultivo hidropônico e seus prós e contras em nosso artigo “Hidroponia – tudo o que você precisa saber".

A mistura de agricultura e aquicultura é, no entanto, muito antiga. Os astecas cultivavam nas terras altas agrícolas chamadas chinampas sobre os lagos, os agricultores chineses cultivaram arroz com peixes nos arrozais durante milénios, assim como as culturas nativas do Sudeste Asiático, incluindo a notável cidade de Angkor Wat.

Fonte: Web de prevenção

O tamanho do mercado aquapônico representa quase US$ 1.2 bilhão em 2024 e deverá crescer 9.6% CAGR até 2029. Os maiores mercados estão localizados na América do Norte e na Ásia.

A Ciência da Aquaponia

A hidroponia oferece um controle muito rígido sobre as condições de cultivo, ajudando a cultivar culturas confiáveis ​​e de alta qualidade. Também é muito eficiente em termos de água e espaço. Mas e se também pudesse produzir carne muito densa e saudável com a mesma água? Isto é possível conectando a água que o sistema hidropônico utiliza aos tanques de crescimento da aquicultura.

O argumento mais forte a favor da aquaponia é formar um círculo em que cada componente resolva um problema presente na hidroponia e na aquicultura quando separado.

A hidroponia é um sistema de cultivo muito eficiente, mas requer adição constante de fertilizante à água para manter a planta saudável e em crescimento.

Enquanto isso, a aquicultura requer muita água fresca e limpa, além de filtragem, pois os resíduos dos peixes (ou de outros animais aquáticos) se acumulam e poluem a água.

Num sistema aquapônico, ambos ficam “resolvidos”. Os excrementos dos peixes não são mais poluição, mas sim fertilizantes ricos em nitrogênio para as plantas. Em seguida, as raízes das plantas limpam e filtram a água “de graça”, absorvendo-as.

Fonte: O recurso aquapônico

Tipos de sistemas aquapônicos

Sistema Aquapônico Baseado em Mídia

Um substrato inerte, como cascalho, pedras de lava ou seixos de argila, ancora as raízes da planta. O canteiro é periodicamente inundado com água do aquário através de um sifão tipo sino. Isso leva os nutrientes para as plantas.

A água é então enviada de volta ao aquário para fechar o ciclo assim que a água for filtrada pelas plantas. Às vezes, minhocas são adicionadas ao meio inerte para ajudar a quebrar os excrementos dos peixes.

Fonte: Vá para a aquaponia verde

Como este sistema não utiliza filtro e utiliza menos componente, é o mais simples.

Sistema de Jangada

As plantas são posicionadas em jangadas flutuantes, com raízes penduradas na água. A água rica em nutrientes do tanque de aquicultura flui continuamente para um sistema de filtro e, em seguida, para as jangadas de plantas.

O filtro contém bactérias que ajudam a tornar o nutriente mais “digerível” pelas plantas.

Este sistema é mais complexo, mas pode ser ampliado com muito mais facilidade, sem limite de número de jangadas ou tamanho do aquário, desde que as tubulações de água e o filtro sejam compatíveis.

Fonte: Vá para a aquaponia verde

Técnica de película nutritiva (NFT)

Este sistema é semelhante aos sistemas aquapônicos baseados em mídia, mas com uma fina película de água fluindo continuamente proveniente do aquário. Não há filtro intermediário como no sistema de jangadas.

Fonte: Vá para a aquaponia verde

O sistema oferece algumas vantagens, mas também limitações.

A água corrente e a fina camada de água proporcionam uma rica oxigenação, benéfica tanto para as raízes da planta quanto para os peixes, pois a água retorna ao aquário. Além disso, é muito eficiente em termos de espaço e pode ser usado em espaços apertados ou em sistemas de cultivo verticais altos. Por fim, o fluxo contínuo de nutrientes e água estimula o crescimento das plantas melhor do que um sistema baseado em substrato, mas sem a necessidade do filtro do sistema de jangada.

No entanto, os sistemas NFT são adequados apenas para plantas com raízes pequenas, como folhas verdes; sistemas radiculares maiores não funcionarão bem. Também é possível que as raízes obstruam os canais rasos, o que pode causar deficiência de nutrientes. A temperatura da água pode oscilar rapidamente, principalmente se as plantas estiverem expostas ao sol direto, o que pode causar problemas tanto para a planta quanto para os peixes.

O que pode ser cultivado com aquaponia

Lado da planta

A maioria das plantas que podem ser cultivadas com hidroponia podem ser cultivadas com aquaponia. O mercado da hidroponia é dominado principalmente por culturas de alto valor, com demanda constante e necessidade de um ambiente de crescimento controlado e de alta qualidade:

• Tomates.
• Ervas.
• Alface.
• Pepino.
• Pimentas.

Fonte: Grand View Research

Outras culturas de alto valor podem ser cultivadas com hidroponia e aquaponia, como por exemplo cannabis ou lúpulo. Neste caso, a hidroponia/aquaponia traz um alto nível de consistência às condições de crescimento, resultando num sabor e composição química consistentes.

Lado da Aquicultura

Criação de Peixe

A criação de animais aquáticos mais popular é a dos peixes.

A água doce é obrigatória para sistemas aquapônicos, pois a água salgada do mar seria tóxica para o componente vegetal do sistema.

Algumas pesquisas estão sendo feitas para desenvolver a aquaponia em água salgada, procurando plantas com tolerância ao sal suficientemente alta. As opções exploradas incluem a planta de gelo comum (uma cultura hidropônica popular no Japão), arroz OGM tolerante ao sal variedades ou algas marinhas.

Entre os peixes populares para aquaponia estão:

• Tilápia (de longe o peixe mais comum na aquaponia).
• Bluegill/brim/peixe-lua/tipo de peixe.
• Peixe-gato.
• Poleiro.
• Carpa.
• Koi.
• Pacú.
• Vários peixes ornamentais, como peixes-anjo, guppies, tetras, peixes-espada, mollies, peixes dourados.

Em geral, os melhores peixes terão as seguintes características, também benéficas para a aquicultura em geral:

• Vivem bem uns com os outros em tanques pequenos e confinados, com tamanho máximo adulto pequeno o suficiente.
  • Produzir bem em cativeiro é outra característica valiosa.
• Crescimento rápido, especialmente para peixes de carne, e idealmente uma boa taxa de conversão alimentar (quantos quilos de comida são necessários para cultivar meio quilo de peixe).
• Boa resistência a doenças.
• Boa tolerância à água fria (reduz a necessidade de aquecimento caro e intensivo em energia) e às variações de temperatura (difíceis de controlar com mudanças sazonais).
  • A temperatura do aquário e as espécies de peixes devem ser adaptadas ao local.
• Forte demanda de mercado por esta espécie.

Outros animais aquáticos

Os peixes não são os únicos animais que podem ser criados com aquaponia, existem alternativas, tais como:

• Lagostins/yabbies, um pequeno peixe de água doce em relação à lagosta.
• Camarões e Gambas, desde que sejam do tipo de água doce. Eles exigem temperaturas de água bastante altas.
• Mexilhões, ostras e outras conchas
  • As conchas ajudarão a manter a água limpa e fornecerão um produto de alto valor para venda.
  • No entanto, eles podem causar problemas se se espalharem e se instalarem dentro da tubulação do sistema, criando obstruções.
  • Como as conchas se alimentam principalmente de microalgas e plâncton, o cultivo hidropônico de algas poderia resultar em um sistema aquapônico original, sem plantas ou peixes.
• Tartarugas e répteis aquáticos. Os répteis aquáticos às vezes são criados como animais de estimação ou até mesmo como alimento em alguns países. Assim, poderiam desempenhar o mesmo papel que os peixes num sistema aquapónico, especialmente num ambiente quente.
• Vermes (“vermiponia").
  • As minhocas podem ser alimentadas com resíduos agrícolas, restos de cozinha, esterco de coelho e outros produtos que não funcionariam como ração para peixes.
  • Eles requerem menos oxigênio e geralmente são mais resistentes que animais mais complexos.

Filtro de bactérias

Embora nem todos os sistemas aquapônicos utilizem um filtro, ele é frequentemente necessário para instalações em grande escala.

O objetivo desse filtro é abrigar bactérias capazes de converter o animal aquático, rico em amônia, em nitritos e nitratos (“nitrificação”), mais benéficos para as plantas.

Se não for transformada em nitratos e utilizada pelas plantas, a alta concentração de amônia (e em menor grau de nitrito) também pode matar os peixes e outros animais aquáticos. Como as plantas assimilam menos a amônia, isso torna a exigência de nitrificação uma obrigação em muitos projetos.

A amônia é convertida em nitrito por Nitrosomonas bactérias e nitrito em nitratos por Nitrobacter bactérias. O processo pode levar tempo, por isso isto precisa ser levado em consideração no projeto e operação de um sistema de aquicultura, com potencialmente vários tanques de filtros bacterianos liberando a água tratada sequencialmente.

Os prós da aquaponia

A aquaponia compartilha muitas das vantagens (e limitações) da hidroponia. Isso inclui 1/6^th a 1/10^th do consumo de água em comparação com a agricultura tradicional, condições de crescimento altamente consistentes e produtivas, menor consumo de pesticidas e ausência de herbicidas, e eliminação de doenças transmitidas pelo solo.

A aquaponia também tem vantagens únicas além da hidroponia ou da aquicultura:

• Todos fertilizantes naturais, provenientes inteiramente de resíduos de peixes.
  • A alimentação dos peixes, de qualquer forma necessária na aquicultura, é agora reutilizada “duas vezes”, poupando no custo dos fertilizantes.
  • Pode permitir um cultivo hidropônico mais natural e orgânico, sem a entrada de fertilizantes químicos no sistema.
• A água dos peixes é filtrada naturalmente. Isso elimina a necessidade de descartar de 5% a 30% da água diariamente.
  • Reduz drasticamente o uso de água na aquicultura.
  • Também reduz a poluição relacionada com a aquicultura, que pode resultar em danos às fontes de água próximas, bem como proliferação de algas tóxicas e eutrofização de corpos de água doce.
• Produza alimentos ricos em proteínas e produtos vegetais saudáveis ​​ao mesmo tempo.
• Fonte de renda diversificada.
  • Os preços dos mercados de vegetais e peixes podem flutuar amplamente, mas sem estarem correlacionados entre si.
  • A colheita de peixe é menos regular, mas pode proporcionar um grande influxo de dinheiro, além do rendimento mais regular do cultivo hidropónico.

Os contras da aquaponia

Embora globalmente mais eficiente do que a hidroponia e a aquicultura separadamente, a aquaponia pode apresentar o seu próprio conjunto de desafios.

Complexidade e Custos

Embora o custo já fosse a principal limitação da hidroponia, a aquaponia é ainda mais complexa e, portanto, dispendiosa de instalar. Os sistemas de aquicultura foram agora adicionados aos sistemas hidropônicos.

Cada um precisa ser dimensionado para que correspondam exatamente entre si, de modo que haja plantas suficientes para filtrar a água, bem como peixes suficientes para fornecer fertilizante suficiente.

Este sistema mais complexo também precisa gerenciar bem a temperatura, tanto a temperatura do ar quanto a temperatura da água, devendo também ser levadas em consideração a evaporação e a umidade média. E tanto as plantas como os animais podem modificar o pH da água, o que pode reduzir o crescimento ou até matá-los se estiver desequilibrado.

Controle e Habilidades

Devido à interligação de todos os parâmetros a monitorizar, é necessária supervisão constante e sensores para verificar estas métricas.

Da mesma forma, a monitorização de surtos de doenças precisa agora de ser feita tanto para peixes como para plantas. Tratá-los pode ser mais difícil, por exemplo, administrando antibióticos aos peixes, potencialmente levando à contaminação das plantas, ou fungicida para a planta contaminando a carne do peixe.

A monitorização e o cuidado de um sistema tão complexo requerem bons conhecimentos e formação, ainda mais do que o que é necessário apenas para a hidroponia ou a aquicultura “mais simples”, que são campos bastante complexos na agricultura.

Demanda energética

As variações de temperatura podem ser mortais para os animais aquáticos, ainda mais rápidas do que para as plantas com menos tolerância a mudanças grandes ou rápidas.

Portanto, um sistema aquapônico provavelmente exigirá um sistema de aquecimento e/ou resfriamento para manter a água em uma faixa aceitável.

Isto pode tornar a aquaponia muito intensiva em energia, especialmente em alguns climas. Também pode complicar o uso de luz natural e estufas para o componente vegetal do sistema. Embora isto reduza a necessidade de iluminação artificial e de aquecimento das plantas, também pode levar ao sobreaquecimento da água nos meses de verão, o que pode facilmente tornar-se um problema para os animais aquáticos.

Resiliência

Os sistemas aquapônicos são por natureza muito artificiais. Eles exigem muitas tubulações, bombas, sensores, filtros, etc. Isso significa que dependem de que tudo funcione perfeitamente:

• Cadeia de suprimentos em peças e componentes.
• Fornecimento de energia elétrica.
• Sistema eletrônico conectado para operações altamente automatizadas e avançadas.
• Mão de obra qualificada e capaz de realizar com eficiência o monitoramento e manutenção necessários.

Estas questões são ainda mais pronunciadas do que com a hidroponia, uma vez que os peixes necessitarão de um fornecimento constante de ração, água filtrada e oxigénio.

Portanto, o facto de o sistema aquapónico ficar offline durante apenas 24 horas pode significar a morte de todos os peixes, algo que provavelmente poderia ter sido tolerado apenas pelas plantas.

Embora existam formas de mitigar estes riscos, por exemplo, com redundância de sistemas ou inventário maior (o que aumenta os custos de configuração), ou fornecimento localizado de energia através da geração de energia renovável, a aquaponia nunca será tão resiliente como a hidroponia, e muito menos do que uma chuva. -cultura regada em campo aberto.

Inovação em Aquaponia

Inovação Aquapônica

Como a Aquaponia combina a hidroponia e a aquicultura, as inovações em ambos os campos podem melhorar a produtividade.

Inovações hidropônicas

LED Lighting

As luzes LED são outra intervenção tecnológica crucial em hidroponia e aquaponia. Essas luzes consomem muito menos energia, emitem menos calor e duram mais que outras fontes de luz.

Além disso, nem todo o espectro de luz visível é útil para as plantas na fotossíntese, por isso LEDs dedicados sem luz verde podem ser usados ​​para reduzir ainda mais a eletricidade consumida pela iluminação artificial.

Fonte: Agricultura

eSoil

O cultivo hidropônico permite o controle direto das plantas de uma forma impossível na agricultura tradicional. Isto abre a porta à experimentação de novas formas de aumentar a produtividade das culturas, para além do aumento do acesso à luz ou aos nutrientes.

Por exemplo, exploramos uma dessas opções em nosso artigo “Eletricidade preparada para impulsionar o crescimento das culturas hidropônicas”. Os pesquisadores usaram um substrato artificial personalizado, ou “solo condutor/eSoil” feito de celulose (o principal componente do papel) misturado com um polímero condutor chamado PEDOT (poli(3,4-etilenodioxitiofeno)). Dessa forma, poderiam expor as mudas a baixa voltagem contínua, resultando em um aumento de 50% na taxa de crescimento.

Este é apenas um exemplo de como os sistemas hidropónicos podem oferecer ganhos significativos de produtividade graças ao maior nível de controlo que oferecem.

Inovação em Aquicultura

Um dos principais problemas da aquicultura é o manejo de pragas e doenças. O progresso da biotecnologia torna possível a ideia de usar tratamentos de RNAi para reduzir o impacto de vírus como, por exemplo o vírus da síndrome da mancha branca (WSSV), um vírus que tem um impacto negativo significativo nos camarões cultivados em aquicultura.

As vacinas também poderiam ser entregues junto com a alimentação dos peixes, seja por meio de microencapsulamento especial ou até mesmo usando algas geneticamente modificadas formando uma vacina comestível e auto-replicável.

Por último, com os estoques de peixes selvagens sendo rapidamente esgotados, métodos de abastecimento altamente confiáveis ​​usando soluções blockchain como Moeda de peixe podem ser utilizados para garantir que a carne de peixe que chega aos consumidores foi produzida da forma mais ética e com o menor custo energético.

Outras soluções de alta tecnologia também poderiam ser utilizadas, como sensores individuais de monitoramento de peixes, como o iFarm, que foi desenvolvido em colaboração entre o fazenda de salmão Cermaq na Noruega e empresa de sensores BioSort.

Inovação para hidroponia e aquicultura

IoT e automação baseada em sensores

Os custos decrescentes de sensores e eletrônicos tornaram possível o monitoramento contínuo de temperatura, umidade, luz, níveis de pH e volume de nutrientes. Este nível de monitorização é ainda mais importante do que com a hidroponia, uma vez que a presença de animais torna mais provável a variação indesejada e tem consequências mais graves.

Este método baseado em sensor ajuda a rastrear e ajustar em tempo real para que as condições permaneçam constantemente ideais.

Tecnologias baseadas em IA

Conforme mencionado, a aquaponia requer um nível extremamente intenso de monitoramento do sistema hídrico, doenças, níveis de nutrientes, temperatura, pH, qualidade da filtragem, etc.

A IA pode ajudar a otimizar as condições ambientais existentes, incluindo níveis de luz, umidade e níveis de nutrientes. A IA também ajuda a otimizar o investimento e a reduzir custos, criando soluções personalizadas para condições específicas. Com o tempo, isso poderia reduzir a necessidade de os operadores humanos serem altamente treinados e conhecedores da aquaponia.

A IA também pode usar visão mecânica ou testes bioquímicos automatizados regulares para alertar sobre a presença de doenças antes que um ser humano possa fazê-lo.

Por último, com o surgimento de robôs agrícolas autônomos, podemos imaginar um sistema aquapônico onde o plantio, a poda, a colheita e a substituição de plantas, bem como a alimentação, a criação e a colheita dos peixes, possam ser feitas de forma autônoma pela IA que controla o sistema aquapônico. .

Lançando uma instalação aquapônica

Também necessitará de uma fase de iniciação lenta, que será necessária para obter um ciclo de azoto equilibrado e estável. Antes de adicionar peixes, é melhor estabelecer o ciclo do nitrogênio introduzindo amônia no sistema e deixando o biofilme bacteriano crescer dentro do filtro para que a amônia seja eficientemente convertida em nitritos e nitratos.

O mesmo se aplica à adição de peixes e plantas, com introduções progressivas que permitem ajustar os parâmetros de qualidade da água, a alimentação dos peixes e o crescimento das plantas. Somente quando o sistema estiver funcionando perfeitamente com plantas e animais em diferentes estágios de crescimento e colheita contínua é que o sistema de aquicultura poderá ser considerado totalmente implementado.

Tamanho

Devido à complexidade da aquaponia, a maioria destes sistemas tende a ser construída em escala comercial com um retorno preciso do investimento esperado. Eles também tenderão a integrar um alto grau de automação e tecnologias de sensores.

Isso não significa que não possam ser construídos sistemas mais controlados manualmente ou menores, mas podem ser mais difíceis de manter em equilíbrio em termos de acidez, temperatura, níveis de amônia, etc., e exigir ajustes mais pontuais.

O setor ainda está em seus estágios iniciais, sem modelo padronizado e com muita experimentação. No entanto, não é mais apenas um conceito em desenvolvimento, com algumas grandes instalações notáveis:

• Superior fresco em Wisconsin, desde 2017, cultiva anualmente 1.8 milhão de libras de alface e folhas verdes – e 40,000 libras de peixes – em um espaço de produção de 123,000 pés quadrados (mais de 11,000 metros quadrados).
• Les Nouvelles Fermes na França, que arrecadou US$ 2 milhões em 2020 para produzir 60 toneladas de produtos frescos e 12 toneladas de truta arco-íris anualmente.
• 4,000 metros quadrados de aquaponia de Jabber Al Mazroui instalação nos Emirados Árabes Unidos.

Conclusão

A aquaponia é um projeto notavelmente eficiente, resolvendo muitas das limitações dos atuais métodos hidropônicos e de aquicultura. Pode reduzir tanto a dependência da hidroponia em fertilizantes químicos como a poluição da água e os resíduos causados ​​pela aquicultura.

No entanto, é muito mais técnico, e a maioria das pessoas e empresas provavelmente beneficiará do primeiro desenvolvimento de uma vasta experiência no trabalho, pelo menos, em hidroponia ou em aquicultura, antes de trabalhar na sua combinação com a aquaponia.

Desta forma, terão mais probabilidades de conseguir lidar com os múltiplos desafios colocados pela complexidade do sistema, como doenças e gestão de pragas, desequilíbrio químico (pH, níveis de amónia, etc.), selecção de espécies, flutuações de temperatura, etc.

No entanto, considerando o crescimento populacional global combinado com o esgotamento das populações de peixes selvagens e o declínio da superfície das terras aráveis, a aquaponia pode ser uma solução poderosa para produzir produtos vegetais de alta qualidade e carne saudável rica em proteínas. E fazê-lo com menor utilização de terra e água, ao mesmo tempo que emite muito menos poluição.