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Brian Filipowich*, Sydni Schramm, Josh Pyle, Kevin Savage, Gary Delanoy, Janelle Hager e Eddie Beuerlein

Riassunto della ricerca

1. Dove vive la rete alimentare del suolo in un sistema bioponico?

  • I microbi si aggregano su tutte le superfici all'interno di un sistema bioponico e sospesi nella colonna d'acqua.

  • Le radici sono un punto culminante dell'attività microbica sia nei sistemi bioponici che nel suolo.

  • Le micro nicchie all'interno dei sistemi forniscono ai batteri le condizioni ideali per la crescita.

  • Diversi componenti di sistema forniscono ambienti unici e ospitano diverse comunità microbiche.

2. Quanto è grande e diversificata la rete alimentare del suolo in un sistema bioponico?

  • I sistemi bioponici ospitano una quantità e una diversità paragonabili di microrganismi al suolo, se non maggiore.

  • Il caso di studio della Task Force idroponica e quaponica dell'USDA 1 sui pomodori idroponici ha rilevato che il numero di batteri, funghi, protozoi e nematodi nel sistema era superiore ai livelli previsti per essere riscontrati in un tipico terreno organico.

3. Cosa fa la rete alimentare del suolo in un sistema bioponico?

  • I microrganismi Soil Food Web scompongono i solidi e rendono le macro e i micronutrienti più disponibili per le piante.

  • I microrganismi Soil Food Web forniscono biocontrollo e soppressione delle malattie, migliorando la salute e la qualità delle piante complessive.

  • I batteri che abitano la rizosfera delle radici delle piante migliorano i processi cellulari con il tessuto vegetale.

  • Gli studi hanno rilevato che il deterioramento delle colture e i microrganismi fecali sono meno diffusi nei sistemi bioponici rispetto al suolo.

Introduzione

Che si tratti di consumatori, coltivatori, responsabili politici o imprenditori, tutti prendiamo decisioni che influiscono su dove e come viene prodotto il nostro cibo.

Il nostro sistema alimentare sta rapidamente cambiando a causa della convergenza di pressanti problemi globali, tra cui il cambiamento climatico, il degrado ambientale, l'esaurimento idrico, l'insicurezza economica, i problemi sanitari dovuti a diete e inquinamento scadenti; e la rapida crescita della popolazione e l'urbanizzazione.

Mentre plasmiamo il nostro nuovo sistema alimentare, una considerazione fondamentale è se manteniamo l'accesso a frutta e verdura fresca di alta qualità, in particolare a quelle coltivate in modo sostenibile.

Dobbiamo valutare se nuovi metodi di coltivazione come l'acquaponica possono fornire frutta e verdura fresca coltivata da seme, con gli stessi processi biologici simbiotici utilizzati dalle piante fin dall'alba dei tempi.

Aquaponics combina la coltura ittica a ricircolo con la produzione di piante idroponiche e fornisce prodotti che si adattano allo stampo di molte esigenze dei consumatori. L'acquaponica è un modo sostenibile per produrre pesci e piante in quanto conserva le risorse idriche, recupera lo scarico ricco di nutrienti di acquacoltura, limita l'uso di additivi chimici per pesci e piante e migliora i tassi di crescita delle piante rispetto all'agricoltura a base di suolo.

Sebbene le dinamiche siano diverse, la produzione acquaponica dipende dagli stessi processi biologici utilizzati dalle piante nell'agricoltura terrestre. Il terreno sano ha un ecosistema estremamente ampio e diversificato di

microrganismi che coesistono in una relazione simbiotica con le piante. Microrganismi come batteri, funghi, protozoi, nematodi e altri sono responsabili di una serie di processi vitali per le piante come la somministrazione di nutrienti, la soppressione delle malattie e la regolamentazione ambientale. Il termine per questo è il Soil Food Web.

Nonostante la mancanza di terreno, la stessa comunità microbica diversificata esiste nei sistemi acquaponici. Questa scheda informativa trasmette informazioni basate sulla ricerca su come i sistemi acquaponici utilizzano il Soil Food Web per produrre colture agricole di altissima qualità.

La ricerca citata in questo documento si basa su sistemi acquaponici e forme biologicamente attive di sistemi idroponici. Il Rapporto della Task Force Idroponica e Aquaponica dell'USDA 2016 fa riferimento a questi sistemi come «bioponic».

1. Dove vive il Soil Food Web in un sistema bioponico?

  • Nei sistemi bioponici, i microrganismi Soil Food Web si aggregano su superfici solide come radici, pareti di serbatoi, tubi, particelle galleggianti, e soprattutto all'interno del «biofiltro», un componente per lo scopo specifico di alloggiare batteri benefici.

  • Alcuni microrganismi possono espellere una sostanza gelatinosa che consente loro di «floc» e rimanere sospesa nella colonna d'acqua. Microrganismi come Pseudomonas sp. e Bacillus sp. espellono sostanze polimeriche extracellulari che consentono ai microbi di aggregarsi insieme all'interno della colonna d'acqua (Rapporto HP/AP).

  • Come nel suolo, le radici nei sistemi bioponici sono un punto di riferimento dell'attività microbica 2.

  • I sistemi acquaponici hanno micro nicchie che consentono ai batteri di crescere e prosperare in aree che differiscono in base alla disponibilità di ossigeno, sostanze nutritive e altri parametri di crescita. Le micro nicchie possono migliorare l'efficacia e la funzionalità di alcuni batteri consentendo loro di prosperare in ambienti specifici per i loro parametri di crescita ideali 3.

  • Differenze significative nelle comunità microbiche sono state riscontrate nei serbatoi del sistema di acquacoltura a ricircolo, nei filtri solidi, nei biofiltri e nell'acqua di coltura che rappresentano ambienti unici e complessi. Le comunità microbiche differiscono da sistema a sistema che riflettono diverse specie di colture ittiche, parametri di qualità dell'acqua, mangimi, pH o altri fattori 4.

2. Quanto è grande e diversificato il Soil Food Web in un sistema bioponico?

  • Gli studi hanno rilevato tra 1.000.000 e 10.000.000 di unità che formano colonie per millilitro (cfu/ml) di batteri e da 10 a 1.000 cfu/ml di funghi nei sistemi idroponici 5. 10.000.000.000 di cfu/grammo di radici sono stati trovati nei sistemi idroponici 6.

  • Gli studi dimostrano che i sistemi bioponici hanno una quantità e una diversità paragonabili, se non superiori, di microrganismi come compost e suolo, rispettivamente 7.

  • Batteri, funghi, protozoi e nematodi sui mezzi di coltivazione nei pomodori idroponici sono superiori ai livelli previsti rispetto a quelli presenti in un tipico terreno organico, segnalando un'elevata capacità di ciclo nutrienti. Il ciclismo dei nutrienti degli organismi Soil Food Web è così efficace nei sistemi di produzione bioponica da poter assimilare 300 libbre di azoto per acro (Rapporto HP/AP).

3. Cosa fa il Soil Food Web in un sistema bioponico?

  • Il Soil Food Web cicla attivamente i nutrienti nei sistemi bioponici. I microbi rilasciano enzimi che decompongono la materia organica galleggiante, assumono i nutrienti disponibili e infine rendono questi nutrienti disponibili ad altri microbi o alle piante (Rapporto HP/AP).

  • I microbi aiutano a chelare i metalli per aumentare l'assorbimento di nutrienti nelle radici delle piante (Rapporto HP/AP).

  • Il Soil Food Web esegue il biocontrollo proteggendo le piante dagli agenti patogeni. Una percentuale relativamente elevata di campioni provenienti da radici di lattuga acquaponica ha trovato ceppi batterici implicati nel biocontrollo, tra cui Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp. o Flavobacterium spp. 8.

  • La crescita delle piante che promuove i rizobatteri nei sistemi a base d'acqua segnalano alle piante la creazione di metaboliti secondari come flavonoidi e altri antiossidanti che aiutano a sopprimere le malattie delle piante, la fissazione dell'azoto, la regolazione cellulare e le proprietà del colore 7.

  • I microbi nei biofiltri acquaponici sono risultati: nitrificazione; denitrificazione eterotrofica e autotrofica; riduzione dei nitrati all'ammoniaca; ossidazione anaerobica dell'ammonio.

  • La lattuga coltivata acquaponicamente ha una concentrazione significativamente inferiore di deterioramento e microrganismi fecali rispetto alla lattuga coltivata nel terreno 9.

Conclusione

Aquaponics è un modo sostenibile per produrre pesci e piante in quanto conserva le risorse idriche, recupera lo scarico ricco di nutrienti di acquacoltura, limita l'uso di additivi chimici sia per pesci che per piante e migliora il tasso di crescita delle piante rispetto all'agricoltura a base di suolo.

Le ricerche dimostrano che, come nel suolo, i sistemi bioponici utilizzano il Soil Food Web per svolgere una serie di funzioni vitali. Tutte le parti interessate possono considerare i sistemi bioponici un'opzione eccellente per fornire colture sane e naturali a una popolazione in crescita con un impatto ambientale minimo.

Contributori

  • *Autore corrispondente: Brian Filipowich, direttore delle politiche pubbliche dell'Associazione Aquaponics
  • Sydni Schramm e Josh Pyle, studenti di ricerca alla Cincinnati Hills Christian Academy
  • Kevin Savage e Gary Delanoy, Facoltà della Cincinnati Hills Christian Academy
  • Janelle Hager, Research Associate presso la Kentucky State University
  • Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

Citazioni

citazioni


  1. National Organic Standards Board. Rapporto sulla task force idroponica e acquaponica. USDA. 21 luglio 2016. 

  2. Hrynkiewicz, K. e C. Baum. 2012. Il potenziale dei microrganismi della rizosfera per promuovere la crescita delle piante nei suoli disturbati, p. 89-100. In Strategie di protezione ambientale per lo sviluppo sostenibile. 

  3. Munguia-Fragozo, P., O. Alatorre-Jacome, E. Rico-Garcia, I. Torres-Pacheco, A. Cruz-Hernandez, R. Ocampo-Velazquez, J. Garcia-Trejo, e R. Guevara-Gonzalez, 2015, Prospettiva per i sistemi acquaponici: Tecnologie «omiche» per l'analisi della comunità microbica: Biomedical Research International, v. 2015, ID articolo 480386, 10 pag., DOI 10.1155/2015/480386. 

  4. Schreier, H., N. Mirzoyan e K. Saito, 2010, Diversità microbica dei filtri biologici nei sistemi di acquacoltura a ricircolo: Current Opinion in Biotechnology, v. 21, pag. 318-325. 

  5. Waechter-Kristensen, B., S. Caspersen, S. Adalsteinsson, P. Sundin e P. Jensén. 1999. Composti organici e microrganismi in coltura chiusa e idroponica: occorrenza ed effetti sulla crescita delle piante e sulla nutrizione minerale. Acta Hortic. 481:197-204. 

  6. Chave, M., P. Dabert, R. Brun, J. J. Godon e C. Poncet. 2008. Dinamica delle comunità batteriche del rizoplano sottoposte a trattamenti fisico-chimici nelle colture idroponiche. Crop Prot. 27:418-426. 

  7. Taber, Sarah. 7 fatti che ti faranno ripensare la «sterilità» dell'idroponica. Blog Bright Agrotech. 13 maggio 2016. 

  8. Schmautz, Z., A. Graber, S. Jaenicke, A. Goesmann, R. Junge, e T.H.M. Smits, 2017, Diversità microbica in diversi compartimenti di un sistema acquaponico: Archives of Microbiology, DOI 10.1007/s00203-016-1334-1, 8 p. 

  9. Sirsat, S.A. e J.A. Neal, 2013, profilo microbico di lattuga priva di suolo rispetto a lattuga coltivata nel suolo e metodologie di intervento per combattere i surrogati patogeni e i microrganismi di deterioramento su lattuga: Foods, v. 2, p. 488-498, DOI 10.3390/foods2040488. 


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https://aquaponicsassociation.org/
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