Modelagem do consumo de água, produção de dejetos e emissão de gases de efeito estufa e amônia na suinocultura

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016.Os problemas ambientais associados à produção de suínos surgem como o motivo principal para o desenvolvimento de sistemas produtivos equilibrados e sustentáveis. Assim, os modelos de gestão ambiental associados à agropecuária aparecem como ferramentas fundamentais de simulação para a tomada de decisão. A presente pesquisa teve como objetivo desenvolver um modelo matemático integrando a estimativa do consumo de água, a produção de dejetos e a emissão de gases de efeito estufa e amônia em granjas comerciais de suínos. Para tal, foram selecionadas 4 granjas na fase fisiológica de creche e 15 granjas na fase de crescimento-terminação, onde diariamente foram medidos os consumos de água e os volumes de dejetos produzidos pelos animais. Semanalmente, os dejetos produzidos e as diferentes rações consumidas foram amostrados para análise físico-química. As concentrações dos gases no ar interno e externo das granjas na fase de creche foram obtidas a partir do uso de uma metodologia simplificada. Os resultados obtidos para a estimativa do consumo de água mostraram que o modelo não linear Logístico foi o que melhor se ajustou aos dados médios semanais, tanto na fase de crescimento-terminação (R2=0,989; erro de estimação: 0,11 L·suíno-1) quanto nos sistemas de produção ?wean-to-finish? (R2=0,997; erro de estimação: 0,12 L·suíno-1·d-1), considerando a idade dos animais. O modelo para estimativa do volume de dejetos produzidos apresentou robustez e precisão na fase de creche (R2=0,931; erro de estimação: 0,13 L·suíno-1·d-1). No entanto, na fase de crescimento-terminação foi necessário desenvolver um novo termo para a equação do balanço de água nos suínos (R2=0,740; erro de estimação absoluto: 0,38±0,32 L·suíno-1·d-1). Os valores estimados para a composição dos dejetos apresentaram correlações moderadas a fortes, sendo os erros de estimação variáveis entre as fases fisiológicas [Creche: nitrogênio (9,4%); fósforo: (14,9%); Crescimento-terminação: nitrogênio (20,9%); fósforo: (15,3%)]. As emissões dos gases de efeito estufa e NH3 determinadas para granjas na fase fisiológica de creche foram de 0,42 kg CO2·suíno-1·d-1, 1,07 g CH4·suíno-1·d-1; 0,07 g N2O·suíno-1·d-1 e 0,42 g NH3·suíno-1·d-1. De forma geral, o modelo desenvolvido mostrou-se eficiente como ferramenta de gestão ambiental para a estimativa do consumo de água, da produção de dejetos e da emissão de gases de efeito estufa e NH3, assumindo um erro máximo de estimação de ±20%.Abstract : The environmental problems associated with pig?s production emerge as the main reason for the development of balanced and sustainable production systems. In this context, environmental management models associated with precision animal husbandry are important simulation tools for decision-making. This research aimed to develop a mathematical model integrating the estimation of water disappearance, manure production and the emissions of greenhouse gases and ammonia at commercial pig farms. For this, four post-weaning farms and fifteen growing-finishing were selected where daily water disappearance and the volume of manure produced by the animals were measured. Each week, the manure produced and the different feeds consumed by the pigs were sampled for physical-chemical analysis. Gas concentrations both indoor and outdoor air for post-weaning phase was obtained using the simplified methodology. The results obtained for water disappearance estimation showed that the nonlinear Logistic model was the best adjusted for the average weekly data for both growing-finishing phase (R2=0.989; prediction error: 0.11 L·pig-1) and weaning-to-finishing production systems (R2=0.997; prediction error: 0.12 L·pig-1·d-1), considering the age of the animals. The estimating model for the volume of manure produced presented robustness and accuracy in post-weaning phase (R2=0.931; prediction error: 0.13 L·pig-1·d-1). However, for growing-finishing phase it was necessary to develop a new term to the equation of water balance in pigs (R2=0.740; prediction error: 0.38±0.32 L·pig-1·d-1). The estimated values for the composition of the manure showed moderate to strong correlations being the predictions error variable between physiological phases [post-weaning nitrogen (9.4%); phosphorus: (14.9%); growing-finishing: nitrogen (20.9%); phosphorus: (15.3%)]. The GHG emissions and NH3 measured at post-weaning farms were 0.42 kg CO2·pig-1·d-1, 1.07 g CH4·pig-1·d-1; 0.07 g N2O·pig-1·d-1 and 0.42 g NH3·pig-1·d-1. Overall, the model developed has demonstrated effectiveness as a environmental management tool for the estimation of water disappearance, manure production and the emissions of greenhouse gases and ammonia, assuming a maximum prediction error of ± 20%