Por Camila Prestes Tavares

A piscicultura tornou-se um dos setores que mais crescem na produção de alimentos nos últimos anos.  Na piscicultura intensiva, a estimativa confiável da biomassa de peixes é uma das práticas mais comuns e importantes na aquicultura. A biomassa de peixes é derivada do número total de peixes contados em uma área específica, multiplicada pelo peso médio dos peixes amostrados. O número da biomassa pode ser usado para prever a demanda diária de ingestão de alimento, evitando a sub ou superalimentação. Além disso, os dados de biomassa podem ajudar as empresas a garantirem o uso ideal do capital investido em instalações e controlar a qualidade da água. Portanto, há uma necessidade urgente dos piscicultores estimarem com precisão a biomassa dos peixes.

O procedimento mais comum de estimativa de biomassa é por meio da amostragem manual periódica. No entanto, a amostragem manual pode causar danos físicos ou grande estresse aos peixes, afetando seu bem-estar e crescimento. A amostragem manual também costuma ser demorada, trabalhosa e possui uma imprecisão inerente de 15 a 25%. Portanto, o uso de métodos não invasivos, rápidos e economicamente viáveis para a estimativa da biomassa é necessário para atender aos requisitos da produção aquícola.

A boa notícia é que com o desenvolvimento de novas tecnologias da informação, pesquisadores e profissionais da piscicultura exploraram vários métodos para quantificar a biomassa de peixes em gaiolas ou lagoas sem intervenção manual. O número e os tipos desses métodos, incluindo visão de máquina, acústica, o DNA ambiental e o contador de resistividade foram desenvolvidos rapidamente nas últimas três décadas. Esses métodos, como uma alternativa rápida, oferecem a possibilidade de monitorar remotamente a biomassa de peixes na piscicultura.

Métodos baseados em visão de máquina

A aplicação da visão de máquina fornece um meio eficaz para monitorar a biomassa de peixes remotamente em diferentes ambientes. O método baseia-se no reconhecimento de objetos de acordo com a faixa do comprimento de onda da luz, incluindo luz visível e luz infravermelha.

A câmera monocular ou o sistema de estereovisão baseado na luz visível oferece informações de imagem no nível de pixel. Em seguida, as informações quantitativas podem ser extraídas e analisadas a partir de imagens digitais para reconhecimento de objetos. Um sistema típico de visão de máquina, geralmente, consiste em procedimentos de aquisição, processamento de imagem e análise estatística, conforme mostrado na Figura 1.  A aplicação da visão de máquina tem sido amplamente empregada na piscicultura para medição de tamanho, estimativa de massa, contagem, identificação de espécies e estoques, classificação e monitoramento de comportamento.

Figura 1. O sistema de visão de máquina baseado em luz visível para avaliação da biomassa de peixes. Fonte: Li et al. (2019)

No entanto, o método da visão de máquina por luz visível apresenta algumas desvantagens. Por exemplo, uma única câmera não é adequada para capturar imagens de toda a área para quantificar o número de peixes. Portanto, são necessários vários sistemas de câmera para integrar imagens em posições diferentes. Além disso, ainda existem alguns fatores que dificultam a visualização e contagem dos peixes, como a sobreposição de peixes, baixa luminosidade, turbidez, bolhas e outros fatores. 

Devido as desvantagens do método da visão de máquina por luz visível, no início dos anos 90, foi desenvolvido o contador de peixes que não é afetado pela intensidade da luz visível. O método constituído de uma unidade de scanner, uma unidade de controle e um computador, como mostra a Figura 2. A rede de feixe infravermelho na unidade de scanner é gerada entre duas placas, onde uma série de diodos de luz infravermelha é posicionada para enviar feixes de luz para os receptores. Os peixes são forçados a nadar através da unidade do scanner, passando pelos raios infravermelhos e gerando imagens. No entanto, a curta penetração dos raios através da água, especialmente a água turva, restringe a aplicação do método de acordo com o ambiente. Além disso, peixes pequenos são difíceis de serem detectados, e quando muitos peixes passam simultaneamente pelo contador infravermelho, esses peixes são detectados como um único indivíduo. Portanto, a precisão dos hardwares e softwares para contagem de peixes ainda necessitam de melhorias.

Figura 2.O sistema de contador infravermelho. Fonte: Li et al. (2019)

Métodos baseados em acústica

Comparadas às ondas de luz, as ondas acústicas podem percorrer longas distâncias através da água, tornando-a a melhor maneira de detectar e identificar remotamente objetos na água. Recentemente, a acústica tem sido amplamente utilizada na detecção de espécies e avaliação do estoque sem causar estresse aos peixes. De acordo com métodos de aquisição de dados para estimativa da biomassa, a acústica pode ser dividida em acústica ativa e passiva.

O princípio da acústica ativa é que a unidade transmissora emite ondas sonoras a uma certa frequência na água para detectar remotamente os alvos. A acústica ativa permite amostrar rapidamente grandes volumes de água, inclusive em águas escuras e turvas. A tecnologia acústica ativa tem sido amplamente utilizada na investigação e avaliação dos recursos pesqueiros.

A ecossonda é uma ferramenta da tecnologia de acústica ativa. A ecossonda pode ser usada para detectar alvos na água por meio das características físicas do alvo e do meio aquático. Quando as ondas encontram alvos, cuja densidade é diferente do ambiente durante a transmissão, elas são refletidas e retornam ao receptor, chamado sinal de eco. Esses sinais de eco espalhados de volta ao transdutor são convertidos novamente no parâmetro de tensão registrado para análise, como mostra na Figura 3. A ecossonda tem sido amplamente utilizada na pesca, especialmente para estimativa da densidade de peixes. 

Figura 3. O diagrama principal da ecossonda. Fonte: Li et al. (2019)

A maior vantagem da ecossonda é a amostragem rápida e não invasiva em grandes volumes de água. No entanto, é necessário desenvolver algoritmos eficazes de processamento de dados que filtrem os ruídos da imagem acústica original, também é necessário profissionais treinados para interpretar os dados acústicos.

A acústica passiva é uma tecnologia que pode ser usada para ouvir sons de hidrofones que não emitem sinais acústicos na água. O diagrama esquemático da acústica passiva é desenhado na Figura 4. A acústica passiva tira proveito do fato de que muitas espécies de peixes podem produzir sons naturais em várias condições. Geralmente, os hidrofones de baixa frequência, convertem a pressão sonora em sinais elétricos gravados pelo sistema de dados, em seguida, são utilizados para detectar e monitorar sons.  Os sons produzidos pelos peixes são usados ​​para analisar o comportamento e quantificar a abundância por algoritmos específicos.

Figura 4. O diagrama esquemático do trabalho acústico passivo. Fonte: Li et al. (2019)

A acústica passiva pode ser uma alternativa ou complemento para a contagem de peixes, que tem a capacidade de coletar dados remotamente e de forma barata por longos períodos de tempo. No entanto, os sons da maioria das espécies de peixes não são produzidos continuamente, mas são produzidos mais comumente à noite ou durante períodos de atividades comportamentais específicas, como alimentação. Esses desafios dificultam a interpretação dos resultados, portanto, novos desenvolvimentos de hardware e software devem ser considerados para melhorar ainda mais ou avançar o gerenciamento das populações de peixes. 

Métodos baseados em DNA ambiental (eDNA)

O método de eDNA baseia-se na extração do DNA de amostras ambientais sem a necessidade de isolar qualquer organismo de interesse, e inclui o DNA de micro-organismos, fezes, urina, muco, DNA extracelular resultante da destruição de células, estrutura e outros. De acordo com o conceito de metagenômica, a tecnologia eDNA refere-se principalmente a métodos de análise de sequenciamento com DNA genômico de amostras ambientais usando um conjunto de primers e sondas específicos para cada espécie. 

Existem relativamente poucos estudos sobre avaliação de biomassa aquática, uma razão importante é que os animais aquáticos são móveis, fáceis de se esconder e difíceis de capturar in situ. No entanto, a tecnologia eDNA oferece possibilidade para avaliação de biomassa aquática. A avaliação da biomassa de peixes a partir de amostras de água envolve algumas etapas básicas, como mostrado na Figura 5. 

Figura 5. Principais etapas associadas ao processamento de amostras de eDNA aquático. Fonte: Li et al. (2019)

A tecnologia eDNA para avaliação da biomassa de peixes foi proposta pela primeira vez por Takahara et al. (2012). Os autores assumiram que a biomassa de vertebrados aquáticos é proporcional à quantidade de eDNA liberado pelos vertebrados na água. Desde então, vários estudos indicam o grande potencial da tecnologia de eDNA como uma ferramenta útil e econômica para a estimativa da biomassa de peixes. No entanto, o principal fator limitante pode ser a lacuna de conhecimento sobre como as condições ambientais, como a química da água e a temperatura, afetam a concentração de eDNA. Estudos mais aprofundados devem elucidar como a biomassa e as condições ambientais influenciam na dispersão e degradação do eDNA. Atualmente, a pesquisa sobre o eDNA ainda está engatinhando, porém, o desenvolvimento futuro e as aplicações do eDNA podem ter um impacto significativo na estimativa de biomassa de peixes com boa relação custo-benefício.

Métodos baseados em resistividade

Os contadores de resistividade têm sido utilizados como uma ferramenta não invasiva para monitorar populações de peixes, fornecendo informações essenciais para abundância ou biomassa. A medição da resistividade pode ser realizada colocando duas placas condutoras face a face debaixo da água. Quando os peixes passam por esses eletrodos, a resistência entre duas placas é registrada. O contador de resistividade elétrica foi proposto pela primeira vez por Lethlean (1954) para contar peixes automaticamente. Quando os peixes passam por um ou mais pares de eletrodos na água circundante, as mudanças características na resistência elétrica serão detectadas e registradas. A vista esquemática básica do contador de resistividade é mostrada na Figura 6. 

Figura 6. A vista esquemática do contador de resistividade de peixes usando três tiras de metal. Fonte: Li et al. (2019)

Os contadores de resistividade têm sido utilizados como uma ferramenta para a contagem de peixes em determinadas circunstâncias. Entretanto, algumas desvantagens, como contagens perdidas, falsas e múltiplas, foram observadas para os contadores de resistividade eletrônicos. Os contadores de resistividade também contam muitos peixes que passam simultaneamente pelos eletrodos como um único peixe. Os contadores de resistividade combinados com sensores ópticos devem ser considerados para melhorar a precisão. Além disso, a condutividade dos peixes é relativamente estável, enquanto a condutividade das águas varia muito. Portanto, a amplitude do sinal produzido por um peixe de um determinado tamanho a uma certa distância acima do eletrodo varia com a condutividade das águas e fica menor à medida que a condutividade da água aumenta. Nesse caso, a compensação automática da variação de condutividade é necessária para que a resistência elétrica detectada dos peixes permaneça constante, independentemente da condutividade das águas. 

Por fim, apesar do desenvolvimento de novas tecnologias da informação, como sensores avançados, visão de máquina, acústica, DNA ambiental e contador de resistividade para melhorar o nível de automação na piscicultura, ainda existem limitações em cada método desenvolvido. Entretanto, com a integração da tecnologia da informação e da aquicultura, bem como, a fusão da tecnologia óptica combinada com outras técnicas, em breve teremos novas tecnologias disponíveis para aumentar ainda mais o sucesso da piscicultura no Brasil e no mundo.

 

REFERÊNCIAS

LI, D.; HAO, Y.; DUAN, Y. Nonintrusive methods for biomass estimation in aquaculture with emphasis on fish: a review. Rev Aquacult Reviews in Aquaculture,  2019. ISSN 1753-5123. 

 

TAKAHARA, T.  et al. Estimation of Fish Biomass Using Environmental DNA. PLoS ONE, v. 7, n. 4,  2012.