Bacterias nitrificantes y el biofiltro

En el capítulo 2 se discutió el papel vital de las bacterias nitrificantes en relación con el proceso acuapónico general. Las bacterias nitrificantes convierten los residuos de pescado, que ingresan al sistema principalmente como amoníaco, en nitrato, que es fertilizante para las plantas (Figura 5.1). Este es un proceso de dos pasos, y dos grupos separados de bacterias nitrificantes están involucrados. El primer paso es convertir el amoníaco en nitrito, lo cual es hecho por la bacteria oxidante de amoníaco (AOB). Estas bacterias son a menudo referidas por el nombre del género del grupo más común, el Nitrosomonas. El segundo paso es convertir el nitrito en nitrato es hecho por la bacteria oxidante de nitritos (NOB). Estos son comúnmente referidos por el nombre del género del grupo más común, el Nitrobacter. Hay muchas especies dentro de estos grupos, pero para los fines de esta publicación, las diferencias individuales no son importantes, y es más útil considerar el grupo como un todo. El proceso de nitrificación ocurre de la siguiente manera:

1. Las bacterias AOB convierten el amoníaco (NH) en nitrito (NO₂^-)

2. Las bacterias NOB convierten el nitrito (NO₂^-) en nitrato (^NO-)

La nitrificación y, por lo tanto, una colonia bacteriana saludable es esencial para el funcionamiento del sistema aquapónico. Las bacterias nitrificantes son relativamente lentas para reproducirse y establecer colonias, requiriendo días y a veces semanas, y por lo tanto la paciencia del agricultor es uno de los parámetros de manejo más importantes a la hora de establecer un nuevo sistema acuapónico. Muchos acuarios y sistemas acuapónicos han fallado porque se añadieron demasiados peces antes de que la colonia de bacterias estuviera completamente desarrollada. Existen varios otros parámetros clave para apoyar las bacterias nitrificantes. Generalmente, las bacterias requieren un lugar grande y oscuro para colonizar con buena calidad del agua, alimentos adecuados y oxígeno. A menudo, las bacterias nitrificantes forman una matriz viscosa, marrón claro o beige en el biofiltro, y tienen un olor distintivo que es difícil de describir, pero no huele particularmente sucio, lo que podría indicar otros microorganismos.

Superficie alta

El material de biofiltración con una superficie específica alta (SSA) es óptimo para desarrollar extensas colonias de bacterias nitrificantes. El SSA es una relación que define la superficie expuesta a partir de un volumen determinado de medios, y se expresa en metros cuadrados por metros cúbicos (m²/m³). En general, cuanto más pequeñas y porosas sean las partículas de los medios, mayor será la superficie disponible para que las bacterias colonicen. Esto da como resultado una biofiltración más eficiente. Hay muchos de estos materiales utilizados en acuapónica, ya sea como medio de cultivo o para la biofiltración, por ejemplo, grava volcánica, arcilla expandida, bolas de biofiltro plásticas comerciales y raíces vegetales. La toba volcánica y Bioballs® considerados en este manual tienen, respectivamente, 300 m²/m³y 600 m²/m³, lo que es un SSA adecuado para permitir que las bacterias prosperen. Otras características y SSA de los diferentes medios utilizados en acuapónica se resumen en la Tabla 4.1 y en el Apéndice 4. Si el material del biofiltro no es ideal y tiene una relación de superficie menor a volumen, entonces el biofiltro debe ser más grande. Un biofiltro sobredimensionado no puede dañar un sistema acuapónico, y aunque los biofiltros excesivamente grandes añadirían gastos innecesarios, el exceso de capacidad de biofiltración ha salvado a muchos sistemas del colapso.

pH del agua

Las bacterias nitrificantes funcionan adecuadamente a través de un rango de pH de 6-8,5. Generalmente, estas bacterias funcionan mejor a pH más alto, con el grupo Nitrosomonas prefiriendo un pH de 7.2-7.8, y el grupo Nitrobacter prefiriendo un pH de 7.2-8.2. Sin embargo, el pH objetivo para la acuapónica es 6-7, lo cual es un compromiso entre todos los organismos dentro de este ecosistema. Las bacterias nitrificantes funcionan adecuadamente dentro de este rango, y cualquier disminución de la actividad bacteriana puede compensarse con un biofiltro más grande.

Temperatura del agua

El rango de temperatura óptimo para nitrificar bacterias es de 17-34 °C. Este rango favorece el crecimiento y la productividad. Si la temperatura del agua cae por debajo de este rango, la productividad de las bacterias tenderá a disminuir. En particular, el grupo Nitrobacter es menos tolerante a temperaturas más bajas que el grupo Nitrosomonas, y como tal, durante los períodos más fríos el nitrito debe ser monitoreado más cuidadosamente para evitar acumulaciones perjudiciales.

Oxígeno disuelto

Las bacterias nitrificantes necesitan niveles adecuados de DO en el agua en todo momento para crecer de forma saludable y mantener altos niveles de productividad. La nitrificación es una reacción de reducción/oxidación (redox), donde las bacterias derivan la energía para vivir cuando el oxígeno se combina con el nitrógeno. Los niveles óptimos de DO son 4-8 mg/l, que es también el nivel requerido para los peces y las plantas. La nitrificación no se produce si la concentración de DO cae por debajo de 2 mg/litro. Garantizar una biofiltración adecuada dedicando aireación al biofiltro, ya sea mediante ciclos de inundación y drenaje en lechos de medios, piedras de aire en biofiltros externos o líneas de retorno de agua en cascada a los canales y tanques de sumideros.

Luz UV

Las bacterias nitrificantes son fotosensibles hasta que establecen completamente una colonia, y la luz solar puede causar un daño considerable al biofiltro. Las camas multimedia ya protegen a las bacterias de la luz solar; pero si utiliza un biofiltro externo, asegúrese de mantenerlo sombreado de la luz solar directa.

Monitoreo de actividad bacteriana

Si se respetan todos estos cinco parámetros, es seguro suponer que las bacterias están presentes y funcionan correctamente. Dicho esto, las bacterias son tan importantes para la acuapónica que vale la pena conocer la salud general de las bacterias en cualquier momento dado. Sin embargo, las bacterias son organismos microscópicos, y es imposible verlas sin un microscopio. Existe un método simple para controlar la función bacteriana; las pruebas de amoníaco, nitrito y nitrato proporcionan información sobre la salud de la colonia bacteriana. El amoníaco y el nitrito deben ser siempre 0-1 mg/litro en una unidad acuapónica en funcionamiento y equilibrada. Si alguno de ellos es detectable, indica un problema con las bacterias nitrificantes. Hay dos posibles razones comunes para que esto ocurra. En primer lugar, el biofiltro es demasiado pequeño para la cantidad de pescado y alimento para peces. Por lo tanto, hay un desequilibrio y hay demasiados peces. Para rectificar, aumentar el tamaño del biofiltro o reducir el número de peces, o el régimen de alimentación de los peces. A veces, este problema puede ocurrir cuando el sistema comenzó balanceado cuando los peces eran más pequeños, pero gradualmente se desequilibró a medida que los peces crecían y eran alimentados más con el biofiltro del mismo tamaño. En segundo lugar, si el sistema está equilibrado en tamaño, entonces las bacterias mismas pueden no estar funcionando correctamente. Esto podría indicar un problema con la calidad del agua, y cada parámetro enumerado anteriormente debe ser verificado. A menudo, esto puede ocurrir durante las temporadas de invierno, ya que la temperatura del agua comienza a bajar y la actividad bacteriana se ralentiza.

*Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus y Alessandro Lovatelli, Small scale aquaponic food production, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproducido con permiso. *