6.1 Introduction
L’eau recirculant dans la partie aquacole d’un système aquaponique contient à la fois des particules et des matières organiques dissoutes (POM, DOM) qui pénètrent dans le système principalement par des aliments pour poissons ; la portion d’aliment qui n’est pas consommée ou métabolisée par les poissons reste sous forme de déchets dans l’eau du système d’aquaculture recirculation (RAS) , soit sous forme dissoute (ammoniac par exemple), soit sous forme de solides en suspension ou dépose (par exemple boues). Une fois la majeure partie des boues éliminées par séparation mécanique, les matières organiques dissoutes restantes doivent quand même être retirées d’un système RAS. Ces processus reposent sur le microbiote dans divers biofiltres afin de maintenir la qualité de l’eau des poissons et de convertir les déchets inorganiques/organiques en formes de nutriments biodisponibles pour les plantes. Les communautés microbiennes dans le système aquaponique comprennent des bactéries, des archées, des champignons, des virus et des protistes dans des assemblages dont la composition fluctue en fonction du reflux et de l’écoulement des nutriments et des changements dans les conditions environnementales telles que le pH, la lumière et l’oxygène. Les communautés microbiennes jouent un rôle important dans les processus de dénitrification et de minéralisation (voir [Chap. 10](/community/articles/chapter-10-traitements-aérobique-et-anaérobique-pour-réduction et minéralisation des boues aquaponiques)) et jouent donc un rôle clé dans la productivité globale du système, y compris les poissons bien - être et santé des végétaux.
Les défis de tout système aquaponique consistent à contrôler les intrants — eau, alevins, aliments, plantules — et le microbiote associé, afin de maximiser les bienfaits de la matière organique et de sa décomposition en formes biodisponibles pour les organismes cibles. Étant donné que les paramètres de croissance environnementaux optimaux et les nutriments diffèrent pour les poissons et les plantes (voir [Chap. 8](/community/articles/chapitre-8-systèmes aquaponiques découplés)), divers systèmes de séparation et d’aération, ainsi que les biofiltres contenant des assemblages microbiens pertinents, doivent être situés à des points stratégiques de la afin d’aider à maintenir les niveaux de nutriments, le pH et les niveaux d’oxygène dissous (OD) dans les fourchettes souhaitées pour les poissons et les plantes cibles. En effet, les paramètres de la qualité de l’eau, y compris la température, l’OD, la conductivité électrique, le potentiel d’oxydation, les niveaux d’éléments nutritifs, le dioxyde de carbone, l’éclairage, l’alimentation et les débits, influent tous sur le comportement et la composition des communautés microbiennes dans un système aquaponique (Junge et al., 2017). À cet égard, il est important d’affiner la configuration et le fonctionnement de manière à ce que chaque unité apporte des quantités suffisantes de formes biodisponibles de nutriments à son successeur, plutôt que de favoriser la prolifération d’agents pathogènes ou de microbes opportunistes qui peuvent consommer la majeure partie des macronutriments nécessaires en aval.
Diverses techniques d’analyse des communautés microbiennes peuvent fournir des informations importantes sur les changements dans la structure et la fonction des communautés au fil du temps dans différentes configurations aquaponiques. En établissant une corrélation entre ces changements et la biodisponibilité des nutriments et les paramètres opérationnels, il est possible de réduire la surproduction ou la sous-production de nutriments essentiels ou la production de sous-produits nocifs. Par exemple, la maximisation de la récupération des nutriments bénéfiques des plantes à partir de matières organiques résiduelles dans la composante poisson dépend principalement de la capacité du microbiote à faciliter la dégradation des nutriments dans une série de biofiltres et de digesteurs de boues, dont le rendement est basé sur une gamme de paramètres opérationnels tels que les débits, le temps de séjour et le pH (Van Rijn, 2013). Étant donné que tous les systèmes aquaponiques ne comprennent pas des digesteurs de boues, nous aborderons cet aspect plus en détail dans la dernière moitié de cette revue tout en renvoyant le lecteur au Chap. 3 pour plus de détails sur les techniques de séparation des solides et au chapitre [7](/ communauté/articles/chapitre-7-systèmes aquaponiques couplés) et [8](./8-systèmes aquaponiques.md découplés) pour les discussions sur les systèmes aquaponiques couplés vs découplés. Si nous considérons ici que les particules dissoutes et en suspension dans l’eau (et non les boues), tous les systèmes aquaponiques utilisent une gamme de biofiltres différents qui exposent les micro-organismes attachés à la matière organique passant par le filtre et fournissent un substrat approprié et une surface suffisante pour fixation microbienne et formation de biofilms. La dégradation de cette matière organique fournit de l’énergie aux communautés microbiennes, qui, à leur tour, libèrent des macronutriments (p. ex. nitrate, orthophosphate) et des micronutriments (p. ex. fer, zinc, cuivre) dans le système sous des formes utilisables (Blancheton et al. 2013 ; Schreier et al. 2010 ; Vilbergsson et al. 2016a).
Il y a beaucoup de recherches agricoles sur le rôle du microbiote dans l’enracinement, la croissance et la santé des plantes. La prépondérance de cette recherche se concentre sur les systèmes basés sur le sol ; toutefois, la recherche sur l’hydroponie a également augmenté au cours des dernières années (Bartelme et al., 2018). Le microbiote en aquaculture est également bien caractérisé, où le rôle des microbes dans la santé et la digestion des poissons a fait l’objet d’une attention considérable, alors que les chercheurs tentent de mieux caractériser le rôle de la santé intestinale sur l’assimilation des nutriments. Compte tenu de l’importance de la biofiltration dans les systèmes RAS, les bactéries impliquées dans le processus de nitrification du RAS ont également été relativement bien étudiées et ne sont donc pas abordées ici (voir Chap. 10 et [12](/communauté /articles/chapitre-12-aquaponique-types alternatifs et approches)). Cependant, il y a eu relativement peu de recherches sur les microbes dans le système aquaponique, en particulier sur les interactions cruciales du microbiote entre les différents compartiments du système. Ce manque de recherche limite actuellement la portée et la productivité de ces systèmes, où il existe un potentiel considérable d’amélioration avec les pré- et les probiotiques, ainsi que d’autres possibilités d’améliorer la santé du système aquaponique grâce à une meilleure compréhension, et donc une meilleure capacité de contrôler, la vaste ensemble de microbiotes non caractérisés qui affectent la santé et le rendement du système.
À ce titre, ce chapitre se concentre principalement sur des études récentes qui révèlent comment et où les communautés microbiennes déterminent la productivité à l’intérieur des compartiments, tout en soulignant le nombre relativement faible d’études reliant ces communautés microbiennes aux interactions entre les composantes et le système global productivité. Nous tentons de cerner les lacunes dans lesquelles des connaissances approfondies sur les communautés microbiennes pourraient relever les défis opérationnels et fournir des renseignements importants pour améliorer l’efficacité et la fiabilité.