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Aquaponics

I Sistemi Aquaponici Utilizzano la Rete Alimentare del Suolo per Crescere Colture Sane

The Aquaponics Association
8 min

Table of Contents

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

Riepilogo 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 caldo di attività microbica sia nei sistemi bioponici che nel suolo.

  • Micro nicchie all’interno dei sistemi forniscono ai batteri condizioni ideali per la crescita.

  • I diversi componenti del sistema forniscono ambienti unici e ospitano comunità microbiche variabili.

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

  • È stato riscontrato che i sistemi bioponici ospitano una quantità e diversità comparabili di microrganismi rispetto al suolo, se non maggiore.

  • Lo studio di caso del Gruppo di Lavoro USDA su pomodori idroponici1 ha trovato che il numero di batteri, funghi, protozoi e nematodi nel sistema era superiore ai livelli attesi in un tipico suolo organico.

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

  • I microrganismi della Rete Alimentare del Suolo decompongono solidi e rendono macro- e micro-nutrienti più disponibili per le piante.

  • I microrganismi della Rete Alimentare del Suolo forniscono biocontrollo e soppressione delle malattie, migliorando la salute e la qualità complessiva delle piante.

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

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

Introduzione

Che si tratti di un consumatore, coltivatore, decisore politico o imprenditore, tutti noi prendiamo decisioni che influenzano dove e come viene prodotto il nostro cibo.

Il nostro sistema alimentare sta cambiando rapidamente a causa della convergenza di questioni globali urgenti, tra cui il cambiamento climatico; il degrado ambientale; l’esaurimento delle risorse idriche; l’insicurezza economica; problemi di salute dovuti a diete povere e inquinamento; e la rapida crescita della popolazione e urbanizzazione.

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

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

L’aquaponica combina la coltivazione ricircolante di pesci con la produzione idroponica di piante e fornisce prodotti che soddisfano molte richieste dei consumatori. L’aquaponica è un modo sostenibile per produrre pesci e piante poiché conserva le risorse idriche, recupera il deflusso ricco di nutrienti dell’acquacoltura, limita l’uso di additivi chimici sia per i pesci che per le piante e migliora i tassi di crescita delle piante rispetto all’agricoltura basata sul suolo.

Sebbene le dinamiche siano diverse, la produzione aquaponica dipende dagli stessi processi biologici utilizzati dalle piante nell’agricoltura basata sul suolo. Un suolo sano ha un ecosistema estremamente grande 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 fornitura di nutrienti, la soppressione delle malattie e la regolazione ambientale. Il termine per questo è la Rete Alimentare del Suolo.

Nonostante la mancanza di suolo, la stessa comunità microbica diversificata esiste nei sistemi aquaponici. Questo Foglio Informativo trasmette informazioni basate sulla ricerca su come i sistemi aquaponici utilizzano la Rete Alimentare del Suolo per produrre le colture agricole di massima qualità.

La ricerca citata in questo documento si basa su sistemi aquaponici e forme biologicamente attive di sistemi idroponici. Il Rapporto del Gruppo di Lavoro USDA del 2016 ha definito questi sistemi “bioponici”.

1. Dove Vive la Rete Alimentare del Suolo in un Sistema Bioponico?

  • Nei sistemi bioponici, i microrganismi della Rete Alimentare del Suolo si aggregano su superfici solide come radici, pareti dei serbatoi, tubi, particelle galleggianti e soprattutto all’interno del “biofiltro”, un componente specificamente progettato per ospitare batteri benefici.

  • Alcuni microrganismi possono escretare una sostanza gelatinosa che consente loro di “flocculare” e rimanere sospesi nella colonna d’acqua. Microrganismi come Pseudomonas sp. e Bacillus sp. escretano sostanze polimeriche extracellulari che consentono ai microbi di aggregarsi all’interno della colonna d’acqua (Rapporto HP/AP).

  • Come nel suolo, le radici nei sistemi bioponici sono un punto caldo di attività microbica2.

  • I sistemi aquaponici hanno micro nicchie che consentono ai batteri di crescere e prosperare in aree che differiscono in base alla disponibilità di ossigeno, nutrienti 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 ideali3.

  • Differenze significative nelle comunità microbiche sono state trovate nei serbatoi dei sistemi di acquacoltura ricircolante, filtri per solidi, biofiltri e acqua di coltura che rappresentano ambienti unici e complessi. Le comunità microbiche differiranno da sistema a sistema riflettendo diverse specie di coltura di pesci, parametri di qualità dell’acqua, alimentazione, pH o altri fattori4.

2. Quanto è Grande e Diversificata la Rete Alimentare del Suolo in un Sistema Bioponico?

  • Gli studi hanno trovato tra 1.000.000 e 10.000.000 unità formanti colonia per millilitro (cfu/ml) di batteri e da 10 a 1.000 cfu/ml di funghi nei sistemi idroponici5. Sono stati trovati 10.000.000.000 cfu/grammo di radici nei sistemi idroponici6.

  • Gli studi mostrano che i sistemi bioponici hanno una quantità e diversità comparabili - se non superiori - di microrganismi rispetto al compost e al suolo, rispettivamente7.

  • I batteri, i funghi, i protozoi e i nematodi sui mezzi di coltivazione nei pomodori idroponici sono superiori ai livelli attesi rispetto a quelli trovati in un tipico suolo organico, segnalando un’alta capacità di ciclaggio dei nutrienti. Il ciclaggio dei nutrienti da parte degli organismi della Rete Alimentare del Suolo è così efficace nei sistemi di produzione bioponici che può assimilare 300 libbre di azoto per acro (Rapporto HP/AP).

3. Cosa Fa la Rete Alimentare del Suolo in un Sistema Bioponico?

  • La Rete Alimentare del Suolo cicla attivamente i nutrienti nei sistemi bioponici. I microbi rilasciano enzimi che decompongono la materia organica galleggiante, assorbono i nutrienti disponibili e infine rendono questi nutrienti disponibili ad altri microbi o alle piante (Rapporto HP/AP).

  • I microbi assistono nella chelazione dei metalli per aumentare l’assorbimento dei nutrienti nelle radici delle piante (Rapporto HP/AP).

  • La Rete Alimentare del Suolo svolge biocontrollo proteggendo le piante dai patogeni. Una proporzione relativamente alta di campioni prelevati dalle radici della lattuga aquaponica ha trovato ceppi batterici implicati nel biocontrollo, tra cui Pseudomonas spp., Acidovorax spp., Sphingobium spp., o Flavobacterium spp.8.

  • I batteri promotori della crescita delle piante nei sistemi acquatici segnalano alle piante di creare metaboliti secondari come flavonoidi e altri antiossidanti che assistono nella soppressione delle malattie delle piante, fissazione dell’azoto, regolazione cellulare e proprietà cromatiche7.

  • I microbi nei biofiltri aquaponici sono stati trovati a svolgere: nitrificazione; denitrificazione eterotrofica e autotrofica; riduzione dei nitrati ad ammoniaca; e ossidazione anaerobica dell’ammonio.

  • La lattuga coltivata in aquaponica ha una concentrazione significativamente inferiore di microrganismi di deterioramento e fecali rispetto alla lattuga coltivata nel suolo9.

Conclusione

L’aquaponica è un modo sostenibile per produrre pesci e piante poiché conserva le risorse idriche, recupera il deflusso ricco di nutrienti dell’acquacoltura, limita l’uso di additivi chimici sia per i pesci che per le piante e migliora il tasso di crescita delle piante rispetto all’agricoltura basata sul suolo.

La ricerca mostra che, come nel suolo, i sistemi bioponici impiegano la Rete Alimentare del Suolo per svolgere una serie di funzioni vitali. Tutti gli attori coinvolti possono considerare i sistemi bioponici un’ottima opzione per fornire colture sane e naturali a una popolazione in crescita con un impatto ambientale minimo.

Collaboratori

  • *Autore corrispondente: Brian Filipowich, Direttore delle Politiche Pubbliche dell’Associazione Aquaponics
  • Sydni Schramm e Josh Pyle, Studenti di Ricerca presso la Cincinnati Hills Christian Academy
  • Kevin Savage e Gary Delanoy, Docenti presso la Cincinnati Hills Christian Academy
  • Janelle Hager, Ricercatrice Associata presso la Kentucky State University
  • Eddie Beuerlein, Blue Mojo Farm, LLC

Citazioni

Citazioni

  1. National Organic Standards Board. Rapporto del Gruppo di Lavoro su Idroponica e Aquaponica. USDA. 21 luglio 2016. ↩︎

  2. Hrynkiewicz, K., e C. Baum. 2012. Il Potenziale dei Microrganismi della Rizosfera per Promuovere la Crescita delle Piante in Suoli Disturbati, p. 89-100. In Strategie di Protezione Ambientale per uno 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, Prospettive per i sistemi aquaponici: tecnologie “Omiche” per l’analisi della comunità microbica: Biomedical Research International, v. 2015, Articolo ID 480386, 10 p., DOI 10.1155/2015/480386. ↩︎

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

  5. Waechter-Kristensen, B., S. Caspersen, S. Adalsteinsson, P. Sundin, e P. Jensén. 1999. Composti organici e microrganismi in coltura idroponica chiusa: Occorrenza e 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. Dinamiche delle comunità batteriche della rizosfera sottoposte a trattamenti fisico-chimici in colture idroponiche. Crop Prot. 27:418-426. ↩︎

  7. Taber, Sarah. 7 Fatti che Ti Faranno Ripensare alla “Sterilità” dell’Idroponica. Bright Agrotech Blog. 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 aquaponico: Archives of Microbiology, DOI 10.1007/s00203-016-1334-1, 8 p. ↩︎

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