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]> AM020 A Crise Global, os Desafios Sociais e a Universidade Necessária
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Análise sistêmica e energética de uma bacia hidrográfica e de seus subsistemas
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: . - PowerPoint PPT Presentation
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Análise sistêmica e energética de uma bacia hidrográfica
e de seus subsistemas
Enrique Ortega RodríguezLaboratório de Engenharia Ecológica
AM020 A Crise Global, os Desafios Sociais e a Universidade Necessária
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
$
ElectricityFossil fuels
$
NPK FertilizersHerbicidesLimestone
Biomass
Soybean/Wheat
Pig
$
$
$Farmer
Manure
Ground water
Soil loss
Rain
Fish
Biomass
Pig
BiomassFishPond
OtherImputs
Gov.Taxes
$
Soybean/Corn/Wheat
30.3
515.1
30.3
12.5 19.1
5138.5
1221.8
31.6
Biomass
Forest6 ha
181.9
324.0
9.5
307.2
267.9
138.5
Pig feed
?
?
472.3 5070.7
2181.5
27.6355.6 199.0 43.1
418.1
82.7 53.8 2.55E+10
3.68E+11
4.84E10
142.9
757.6
713.6
Integrated production system with 25 ha1 ha
1 ha
17 haTese de mestrado de Otavio Cavalett (2004)
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).
Sol
consumidores
ChuvaVento
Rocha
Água da bacia
Águasuperficial
Sed-mentos
Matéria orgânica
Água evaporada
Solo
Produtores
Intemperismo
Biodi-versidade
local
Biodi-versidade regional
Bio-massa
Águasubterrânea
Restos biomassa animalRestos biomassa vegetalSedimentosMatéria orgânicaCorrentes de água
Lençóis freáticos
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;
Contribuições economia humana (materias e serviços) não renováveis
Contribuição não renovável da natureza
ENTRADASMUDANÇA NOS ESTOQUES INTERNOS
SAÍDAS
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.
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.
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.
Os valores crescentes de EIR revelam que os sistemas se tornam cada vez mais dependentes do uso de recursos não renováveis.
0
1
2
3
4
30 60 90
Tr x E8
EYR
EIR
Rentabilidade
Figura 10. Índices dos viveiros integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
Renovabilidade
0
20
40
60
30 60 90
Figura 11. Queda da renovabilidade ao intensificar um viveiro integrado a suinocultura (Cavalett, 2004).
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)
ObservaçõesA 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.
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
Sol
E = Fluxo de energia dentro do sistema
Q = Energia dispersada nas transformações
F = Feedback dentro do sistema
Resíduos
Decom-positores
Ciclagem de nutrientes dentro do sistema
Ep = Energia produzida pelo sistema
Ep1
Ep2
Feedback externo
F1
F2
Nutrientes externos
Ep3
Y = Fluxo de energia solar absorvido
Sol
E = Fluxo de energia dentro do sistema
Q = Energia dispersada nas transformações
F = Feedback
F = Feedback
Resíduos
Produto
Resíduo
Feedback
Feedback
Fluxo de energia solar absorvido
Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Fluxo de energia solar absorvido
Sol Biomassa BiomassaBiomassa Biomassa
Q = Energia dispersada nas transformações
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
Biodiver-sidade
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
Tempo
Capacidade de suporte natural (máxima renovabilidade e diversidade)
Capacidade de suporte aumentada artificialmente usando recursos não-renováveis
Retorno ao desenvolvimento sustentável
Uso de petróleo e seus derivados na produção, consumo e tratamento
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.
Dinâmica de sistemas (Holling, 1986)
Oligotrofia
Mesotrofia
Hipertrofia
Distrofia
Eutrofia
Cavalett, Otavio 2004. “Análise Emergética da piscicultura integrada a criação de suínos e de pesque-pagues”. Tese de mestrado, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Unicamp. http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/Tese-OtavioCavalett.pdf
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