Aquaponic Systems Utilize the Soil Food Web to Grow Healthy Crops

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

Résumé de la recherche

1 . Où vit le réseau alimentaire du sol dans un système bioponique ?

• Les microbes s’agrègent sur toutes les surfaces d’un système bioponique et en suspension dans la colonne d’eau.

• Les racines sont un point chaud de l’activité microbienne tant dans les systèmes bioponiques que dans le sol.

• Les micro-niches des systèmes fournissent aux bactéries des conditions idéales pour leur croissance.

• Différents composants du système fournissent des environnements uniques et hébergent différentes communautés microbiennes.

2 . Quelle est la taille et la diversité du réseau alimentaire du sol dans un système bioponique ?

• Il a été constaté que les systèmes bioponiques hébergent une quantité et une diversité comparables de micro-organismes dans le sol, sinon plus grandes.

• L’étude de cas du groupe de travail hydroponique et quaponique de l’USDA [^4] portant sur les tomates hydroponiques a révélé que le nombre de bactéries, de champignons, de protozoaires et de nématodes dans le système était supérieur aux niveaux prévus dans un sol organique typique.

3 . Que fait le réseau alimentaire du sol dans un système bioponique ?

• Les micro-organismes du Soil Food Web décomposent les solides et rendent les macro-nutriments et les micro-nutriments plus accessibles aux plantes.

• Les micro-organismes du Soil Food Web assurent le contrôle biologique et la suppression des maladies, améliorant ainsi la santé et la qualité générales des plantes.

• Les bactéries qui habitent la rhizosphère des racines végétales améliorent les processus cellulaires avec les tissus végétaux.

• Des études ont révélé que la détérioration des cultures et les microorganismes fécaux sont moins répandus dans les systèmes bioponiques que dans le sol.

Introduction

Que ce soit en tant que consommateur, cultivateur, décideur politique ou propriétaire d’entreprise, nous prenons tous des décisions qui influent sur l’endroit et la façon dont nos aliments sont produits.

Notre système alimentaire évolue rapidement en raison de la convergence de problèmes mondiaux pressants, notamment le changement climatique, la dégradation de l’environnement, l’épuisement de l’eau, l’insécurité économique, les problèmes de santé dus à la mauvaise alimentation et à la pollution, ainsi que la croissance démographique et l’urbanisation rapides.

Alors que nous façonnons notre nouveau système alimentaire, il est essentiel de savoir si nous conservons l’accès à des fruits et légumes frais de haute qualité, en particulier ceux cultivés de manière durable.

Nous devons évaluer si de nouvelles méthodes de culture comme l’aquaponique peuvent fournir des fruits et légumes frais issus de semences, avec les mêmes processus biologiques symbiotiques que ceux utilisés par les plantes depuis la nuit des temps.

Aquaponics combine la pisciculture en recirculation avec la production de plantes hydroponiques et fournit des produits qui répondent au moule de nombreuses demandes des consommateurs. L’aquaponique est un moyen durable de produire des poissons et des plantes car elle conserve les ressources en eau, récupère les rejets aquacoles riches en nutriments, limite l’utilisation d’additifs chimiques pour les poissons et les plantes et améliore les taux de croissance des plantes par rapport à l’agriculture à base de sol.

Bien que la dynamique soit différente, la production aquaponique dépend des mêmes processus biologiques utilisés par les plantes dans l’agriculture à base de sol. Un sol sain possède un écosystème extrêmement vaste et diversifié de

micro-organismes qui coexistent dans une relation symbiotique avec les plantes. Les micro-organismes tels que les bactéries, les champignons, les protozoaires, les nématodes et autres sont responsables de divers processus vitaux pour les plantes, tels que l’administration de nutriments, la suppression des maladies et la régulation environnementale. Le terme est le Soil Food Web.

Malgré le manque de sol, la même communauté microbienne diversifiée existe dans les systèmes aquaponiques. Cette fiche d’information contient des informations basées sur la recherche sur la façon dont les systèmes aquaponiques utilisent le Soil Food Web pour produire des cultures agricoles de la plus haute qualité.

Les recherches citées dans ce document sont basées sur les systèmes aquaponiques et les formes biologiquement actives des systèmes hydroponiques. Le rapport 2016 de l’USDA Hydroponic and Aquaponic Task Force Report qualifiait ces systèmes de « bioponiques ».

1 . Où vit le réseau alimentaire du sol dans un système bioponique ?

• Dans les systèmes bioponiques, les micro-organismes Soil Food Web s’agrègent sur des surfaces solides telles que les racines, les parois des réservoirs, des tuyaux, des particules flottantes, et surtout dans le « biofiltre », un composant destiné à abriter des bactéries bénéfiques.

• Certains micro-organismes peuvent excréter une substance semblable à un gel qui leur permet de « floquer » et de rester en suspension dans la colonne d’eau. Des micro-organismes tels que Pseudomonas sp. et Bacillus sp. excrétent des substances polymères extracellulaires qui permettent aux microbes de s’agréger ensemble dans la colonne d’eau (rapport HP/AP).

• Comme dans le sol, les racines des systèmes bioponiques sont un point chaud de l’activité microbienne [^2].

• Les systèmes aquaponiques sont dotés de micro-niches qui permettent aux bactéries de croître et de prospérer dans des zones qui diffèrent en fonction de la disponibilité de l’oxygène, des nutriments et d’autres paramètres de croissance. Les micro-niches peuvent améliorer l’efficacité et la fonctionnalité de certaines bactéries en leur permettant de prospérer dans des environnements spécifiques à leurs paramètres de croissance idéaux [^3].

• Des différences significatives dans les communautés microbiennes ont été observées dans les réservoirs de systèmes d’aquaculture en recirculation, les filtres à solides, les biofiltres et l’eau de culture représentant des environnements uniques et complexes. Les communautés microbiennes diffèrent d’un système à l’autre en fonction des différentes espèces de pisciculture, des paramètres de qualité de l’eau, des aliments pour animaux, du pH ou d’autres facteurs [^7].

2 . Quelle est la taille et la diversité du réseau alimentaire du sol dans un système bioponique ?

• Des études ont révélé entre 1 000 000 et 10 000 000 unités formant des colonies par millilitre (UFC/ml) de bactéries et 10 à 1 000 UFC/ml de champignons dans les systèmes hydroponiques [^9]. 10 000 000 000 UFC/gramme de racines ont été trouvés dans les systèmes hydroponiques [^1].

• Les études montrent que les systèmes bioponiques ont une quantité et une diversité comparables, voire supérieures, de micro-organismes tels que le compost et le sol, respectivement [^8].

• Les bactéries, les champignons, les protozoaires et les nématodes présents sur les milieux de culture des tomates hydroponiques sont supérieurs aux niveaux prévus dans un sol organique typique, ce qui indique une grande capacité de cycle des nutriments. Le cycle des nutriments par les organismes du Soil Food Web est si efficace dans les systèmes de production bioponiques qu’il peut assimiler 300 lb d’azote par acre (rapport HP/AP).

3 . Que fait le Soil Food Web dans un système bioponique ?

• Le Soil Food Web effectue un cycle actif des nutriments dans les systèmes bioponiques. Les microbes libèrent des enzymes qui décomposent la matière organique flottante, absorbent les nutriments disponibles et mettent ces nutriments à la disposition d’autres microbes ou de plantes (rapport HP/AP).

• Les microbes aident à chélater les métaux pour augmenter l’absorption des nutriments dans les racines des plantes (rapport HP/AP).

• Le Soil Food Web effectue un contrôle biologique en protégeant les plantes contre les agents pathogènes. Une proportion relativement élevée d’échantillons provenant de racines de laitue aquaponique a trouvé des souches bactériennes impliquées dans le contrôle biologique, notamment Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp., ou Flavobacterium spp. [^6].

• Les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes dans les systèmes à base d’eau indiquent aux plantes qu’elles créent des métabolites secondaires comme les flavonoïdes et autres antioxydants qui contribuent à la suppression des maladies des plantes, à la fixation de l’azote, à la régulation cellulaire et aux propriétés colorantes [^8].

• Les microbes présents dans les biofiltres aquaponiques sont efficaces : nitrification, dénitrification hétérotrophique et auto trophique, réduction des nitrates en ammoniac et oxydation anaérobie de l’ammonium.

• La laitue cultivée en aquaponie présente une concentration significativement plus faible de microorganismes altérés et fécaux que la laitue cultivée dans le sol [^5].

Conclusion

L’aquaponique est un moyen durable de produire des poissons et des plantes car elle conserve les ressources en eau, récupère les rejets aquacoles riches en nutriments, limite l’utilisation d’additifs chimiques pour les poissons et les plantes et améliore le taux de croissance des plantes par rapport à l’agriculture à base de sol.

Les recherches montrent que, comme dans le sol, les systèmes bioponiques utilisent le Soil Food Web pour remplir toute une gamme de fonctions vitales. Toutes les parties prenantes peuvent considérer les systèmes bioponiques comme une excellente option pour fournir des cultures saines et naturelles à une population croissante ayant un impact environnemental minimal.

Contributeurs

• *Auteur correspondant : Brian Filipowich, directeur des politiques publiques de l’Association Aquaponique
• Sydni Schramm et Josh Pyle, étudiants de recherche à l’Académie chrétienne de Cincinnati Hills
• Kevin Savage et Gary Delanoy, facultés de l’Académie chrétienne de Cincinnati Hills
• Janelle Hager, associée de recherche à l’Université d’État du Kentucky
• Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

Citations

Citations

[^1] : Chave, M., P. Dabert, R. Brun, J. J. Godon et C. Poncet. 2008. Dynamique des communautés bactériennes rhizoplanes soumises à des traitements physicochimiques dans les cultures hydroponiques. Récolte Prot. 27:418-426.

[^2] : Hrynkiewicz, K. et C. Baum. 2012. Le potentiel des micro-organismes rhizosphères pour favoriser la croissance des plantes dans les sols perturbés, p. 89-100. Dans les stratégies de protection de l’environnement pour le développement durable.

[^3] : Munguia-Fragozo, P., O. Alatorre-Jacome, E. Rico-Garcia, I. Torres-Pacheco, A. Cruz-Hernandez, R. Ocampo-Velazquez, J. Garcia-Trejo et R. Guevara-Gonzalez, 2015, Perspective des systèmes aquaponiques : technologies « omiques » pour l’analyse communautaire microbienne : Recherche biomédicale International, v. 2015, ID d’article 480386, 10 p., DOI 10.1155/2015/480386.

[^4] : Office national des normes biologiques. Rapport du groupe de travail hydroponique et aquaponique. USDA. 21 juillet 2016.

[^5] : Sirsat, S.A., et J.A. Neal, 2013, profil microbien de la laitue sans sol par rapport à celle cultivée dans le sol et méthodologies d’intervention pour lutter contre les substituts pathogènes et les micro-organismes altérés sur la laitue : Foods, v. 2, p. 488-498, DOI 10.3390/foods2040488.

[^6] : Schmautz, Z., A. Graber, S. Jaenicke, A. Goesmann, R. Junge et T.H.M. Smits, 2017, Diversité microbienne dans différents compartiments d’un système aquaponique : Archives of Microbiology, DOI 10.1007/s00203-016-1334-1, 8 p.

[^7] : Schreier, H., N. Mirzoyan et K. Saito, 2010, Diversité microbienne des filtres biologiques dans les systèmes aquacoles en recirculation : Current Opinion in Biotechnology, v. 21, p. 318-325.

[^8] : Taber, Sarah. 7 faits qui vous feront repenser la « stérilité » de l’hydroponie. Blog Agrotech lumineux. 13 mai 2016.

[^9] : Waechter-Kristensen, B., S. Caspersen, S. Adalsteinsson, P. Sundin et P. Jensén. 1999. Composés organiques et micro-organismes en culture hydroponique fermée : apparition et effets sur la croissance des plantes et la nutrition minérale. Acta Hortic. 481:197-204.