Capitolo 5: i batteri nell’acquaponica (prima parte)

Proseguiamo la traduzione del manuale “Small-scale aquaponic food production – Integrated fish and plant farming” edito edito dalla FAO … ecco la prima parte del quinto capitolo

5 BATTERI NELL’ACQUAPONICA

I batteri sono un aspetto cruciale e fondamentale dell’acquaponica, servono come collegamento tra i rifiuti del pesce e il fertilizzante per le piante. Questo motore biologico rimuove i rifiuti tossici, trasformandoli in elementi nutritivi accessibili. Nel capitolo 2 si è discusso il ciclo dell’azoto, in particolare il ruolo fondamentale dei batteri nitrificanti e si sono delineati i parametri essenziali per il mantenimento di una colonia sana. Il capitolo 4 ha trattato gli aspetti di materiali biofiltranti che ospitano questi stessi batteri. Questo breve capitolo è una revisione sui batteri, inclusi i dettagli dei più importanti gruppi batterici. L’attività batterica eterotrofa è discussa in termini del suo ruolo nella mineralizzazione dei rifiuti solidi provvenienti dai pesci. Sono anche trattati i batteri indesiderati tra cui: i batteri denitrificanti, batteri e agenti patogeni solfato-riduttori. Infine, i cicli batterici sono affrontati per quanto riguarda la creazione di un nuovo sistema di acquaponica.

5.1 I BATTERI NITRIFICANTI E I BIOFILTRI

Nel capitolo 2 si è discusso il ruolo vitale dei batteri nitrificanti per quanto riguarda il processo dell’acquaponica in generale. I batteri nitrificanti convertono i rifiuti del pesce, che entra nel sistema principalmente come ammoniaca, in nitrato, che è un fertilizzante per le piante (Figura 5.1).

5.1

Questo è un processo in due fasi e due gruppi separati di batteri nitrificanti sono coinvolti. Il primo passo è la conversione di ammoniaca in nitrito, ad opera dai batteri ammoniaca ossidanti (AOB). Questi batteri sono spesso indicati con il nome del genere del gruppo più comune, i Nitrosomonas. Il secondo passo è la conversione il nitrito in nitrato ad opera dei batteri nitriti ossidanti (NOB). Questi sono comunemente indicati con il nome del genere del gruppo più comune, il Nitrobacter. Ci sono molte specie all’interno di questi gruppi, ma per gli scopi di questa pubblicazione, le differenze individuali non sono importanti, ed è più utile considerare il gruppo nel suo complesso. Il processo di nitrificazione si verifica come segue:
– 1) batteri AOB convertono l’ammoniaca (NH3) in nitriti (NO2)
– 2) batteri NOB quindi convertono il nitrito (NO2) in nitrati (NO3)
Il processo di nitrificazione e, di conseguenza, una colonia batterica sana è essenziale per un sistema di acquaponica funzionante. I batteri nitrificanti sono relativamente lenti a riprodurre e stabilire colonie, questo processo può richiedere giorni e a volte settimane, quindi la pazienza dell’agricoltore è uno dei parametri di gestione più importanti quando si stabilisce un nuovo sistema di acquaponica. Molti acquari e sistemi di acquaponica hanno fallito perché si sono aggiunti troppi pesci prima che la colonia di batteri si fosse completamente sviluppata. Ci sono diversi altri parametri chiave per sostenere i batteri nitrificanti. Generalmente i batteri richiedono un ambiente spazioso e buio per poter essere in grado di colonizzare, una buona qualità dell’acqua, un’alimentazione adeguata e ossigeno. Spesso, i batteri nitrificanti formano una melma, di colore marrone chiaro o beige sul biofiltro e hanno un odore caratteristico che è difficile da descrivere, ma non puzza particolarmente questo è un problema perché potrebbe indicare altri microrganismi.

5.1.1 AMBIENTE SPAZIOSO

Un biofiltro con una elevata area superficiale specifica (SSA) è ottimale per sviluppare vaste colonie di batteri nitrificanti. SSA è un rapporto che definisce la superficie esposta di un dato volume di supporto, ed è espressa in metri quadrati per metri cubi (m2/m3). In generale, più le particelle del materiale del biofiltro sono piccole e porose, tanto maggiore è la superficie disponibile per la colonizzazione da parte dei batteri. Ciò si traduce in una biofiltrazione più efficiente. Ci sono molti materiali utilizzati nell’acquaponica, sia come substrati di coltivazione che di biofiltrazione, come ad esempio ghiaia vulcanica, argilla espansa, biofiltri sferici di plastica e le radici delle piante. Il tufo vulcanico e Bioballs® considerati in questo manuale hanno, rispettivamente, 300 m2/m3 e 600 m2/m3, che è un adeguato SSA per consentire ai batteri di prosperare. Ulteriori caratteristiche e SSA dei diversi materiali utilizzati in acquaponica sono riassunti nella tabella 4.1 e appendice 4. Se il materiale del biofiltro non è ottimale e ha una superficie inferiore rapportata al volume, bisognerebbe aumentare le dimensioni del biofiltro. Un biofiltro di grandi dimensioni non può danneggiare un sistema di acquaponica, ma biofiltri troppo grandi aggiungono spese inutili, ma vero è che l’eccessiva capacità di biofiltrazione ha salvato molti sistemi dal collasso.

5.1.2 pH DELL’ACQUA

I batteri nitrificanti si sviluppano in maniera adeguata ad intervalli di pH tra 6 e 8,5. Ma generalmente, preferisono i valori di pH più elevati, il gruppo Nitrosomonas si adattano meglio ad un pH tra 7,2 e 7,8 e il gruppo Nitrobacter un pH compreso tra 7,2 e 8,2. Tuttavia, il pH adatto al sistema di acquaponica è tra 6 e 7, ovvero un compromesso tra le diverse esigenze degli organismi presenti in questo ecosistema. I batteri nitrificanti si sviluppano ottimamente all’interno di questa gamma, un ridimensionamento dell’attività batterica può essere compensata con un biofiltro più grande.

5.1.3 TEMPERATURA DELL’ACQUA

L’intervallo di temperatura ottimale per i batteri nitrificanti è di 17-34 ° C, questi valori incoraggiano la crescita e la produttività. Se la temperatura dell’acqua scende al di sotto di questo intervallo, la produttività dei batteri tenderà a diminuire. In particolare, il gruppo Nitrobacter è meno tollerante a temperature inferiori, per questo durante i periodi più freddi i valori di nitrito devono essere controllati più attentamente per evitare accumuli nocivi.

5.1.4 OSSIGENO DISCIOLTO
I batteri nitrificanti necessitano di adeguati livelli di O2 in acqua in ogni momento per crescere in modo sano e mantenere elevati livelli di produttività. La nitrificazione è una reazione di riduzione/ossidazione (redox), dove i batteri traggono l’energia per vivere quando l’ossigeno si combina con l’azoto. Livelli ottimali di O2 sono 4-8 mg/l, ed è anche il livello richiesto per i pesci e le piante. La nitrificazione non si verifica se la concentrazione di O2 scende al di sotto di 2 mg/l. Per garantire un’adeguata biofiltrazione bisogna creare la possibilità di aerazione nel biofiltro, sia attraverso cicli inondazioni e scarico dell’acqua nel substrato (è questo il caso in cui si utilizza il sistema flood and drain nei letti di crescita di argilla espansa), sia inserendo pietre che introducono, dividendola in bollicine, aria dagli areatori nei biofiltri esterni oppure ancora facendo ruscellare l’acqua di ritorno alla sump.

5.1.5 RAGGI UV
I batteri nitrificanti sono fotosensibili fino a quando stabiliscono una colonia solidamente, ma la luce solare può causare notevoli danni al biofiltro. I materiali del substrato già proteggono i batteri da sole; ma se si utilizza un biofiltro esterno, assicuratevi di tenerlo ombreggiato dalla luce solare diretta.

5.1.6 MONITORAGGIO DELL’ATTIVITÀ BATTERICA
Se tutti questi cinque parametri sono rispettati, si può ritenere che i batteri siano presenti e compiano la loro funzione. Detto questo, i batteri sono così importanti per l’acquaponica che vale la pena conoscere la salute generale dei batteri in ogni momento. I batteri sono organismi microscopici, ed è impossibile vederli senza microscopio, esite un metodo semplice per monitorare la funzione batterica; facendo dei test per l’ammoniaca, nitriti e nitrati si possono ottenere informazioni sullo stato della colonia batterica. Ammoniaca e nitriti dovrebbero sempre essere 0,1 mg / litro in un sitema di acquaponica funzionante ed equilibrato. Se uno dei due è rilevabile, questo indica un problema con i batteri nitrificanti. Ci sono due possibili ragioni comuni per questo si verifichi. Innanzitutto, il biofiltro è troppo piccolo per la quantità di pesci e mangime. Pertanto, vi è uno squilibrio e vi sono troppi pesci. Per sistemare il problema bisognerebbe aumentare la dimensione del biofiltro o ridurre il numero di pesci, o agire modificando il regime di alimentazione dei pesci. A volte, questo problema può verificarsi quando il sistema è inizialmente equilibrato e i pesci devono ancora crescere, ma a poco a poco si crea un disequilibrato in concomitanza con la crescita del pesce e l’aumento del regime alimentare eseendo le stesse le dimensioni del biofiltro. A volte si presenta il problema se il sistema è equilibrato in dimensioni, ma sono i batteri stessi che non si adattano all’ambiente adeguatamente. Questo potrebbe indicare un problema nella qualità dell’acqua, e ciascun parametro citato sopra deve essere controllato. Spesso, questo può verificarsi durante la stagione invernale quando la temperatura dell’acqua comincia a scendere e l’attività batterica rallenta.

5.2 BATTERI ETEROTROFI E MINERALIZZAZIONE
C’è un altro gruppo importante di batteri, così come altri microrganismi, coinvolti nell’acquaponica. Questo gruppo di batteri è generalmente chiamato il gruppo di batteri eterotrofi. Questi batteri utilizzano carbonio organico come fonte di cibo e sono principalmente coinvolti nella decomposizione dei solidi espulsi dai pesci e residui vegetali. La maggior parte dei pesci assimilano solo il 30-40 per cento del cibo che mangiano, il che significa che il 60-70 per cento di ciò che mangiano è rilasciato come scarto. Di questo scarto il 50-70 per cento è dissolto disperso come ammoniaca. Tuttavia, i rifiuti che rimangono sono un mix organico contenente proteine, carboidrati, grassi, vitamine e minerali. I batteri eterotrofi metabolizzano questi rifiuti solidi in un processo chiamato mineralizzazione, che rende micronutrienti essenziali disponibile per le piante in acquaponica (figura 5.2).5.2
Questi batteri eterotrofi, così come alcuni funghi presenti in natura, aiutano la decomposizione della parte solida degli scarti organici dei pesci. In tal modo, rilasciano i nutrienti altrimenti bloccati nei rifiuti solidi in acqua. Questo processo di mineralizzazione è essenziale perché le piante non possono assumere le sostanze nutritive in forma solida. I rifiuti organici devono essere suddivisi in molecole semplici per essere assorbiti dalle radici delle piante. I batteri eterotrofi si nutrono di qualsiasi forma di materiale organico, come i rifiuti organici solidi del pesce, il cibo per pesci non mangiato, piante e foglie morte, persino batteri morti. Ci sono molte fonti di cibo disponibili per questi batteri in un sistema di acquaponica.
I batteri eterotrofi richiedono condizioni di crescita simili a batteri nitrificanti soprattutto in alti livelli di DO. I batteri eterotrofi colonizzano tutti le componenti del sistema, ma sono particolarmente concentrati dove si accumulano i rifiuti solidi. Batteri eterotrofi crescono molto più velocemente rispetto ai batteri nitrificanti, riproducendosi nel giro di ore anziché giorni. Nei letti di crescita, i rifiuti si accumulano sul fondo, essendo un area permanentemente umida, molti batteri eterotrofi si trovano qui. In altri sistemi, le principali colonie si trovano sui filtri, sui separatori e nei canali. La mineralizzazione è importante nell’acquaponica perché rilascia vari micronutrienti che sono necessari per la crescita delle piante. Senza il processo di mineralizzazione, alcune piante potrebbero sperimentare carenze nutrizionali e avrebbero bisogno di fertilizzanti supplementari.
I batteri eterotrofi sono aiutati nella decomposizione dei rifiuti solidi da una comunità di altri organismi come lombrichi, isopodi, anfipodi, larve e altri piccoli animali che possono essere trovati in sistemi di acquaponica, in particolare nell’ambito dei letti di crescita. Questi organismi lavorano in simbiosi con i batteri per decomporre i rifiuti solidi, la presenza di queste comunita può impedire l’accumulo di rifiuti solidi.

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5 thoughts on “Capitolo 5: i batteri nell’acquaponica (prima parte)

  1. Gentilissimo, per colonizzare un impianto domestico acquaponico con i batteri nitrificanti ed eterotrofi che tecnica è bene seguire? Esistono biocondizionatori già preparati che possono essere acquistati? Grazie. Giovanni Palazzi

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