Bactérias nitrificantes e biofiltro
O Capítulo 2 discutiu o papel vital das bactérias nitrificantes no que diz respeito ao processo aquaponico global. As bactérias nitrificantes convertem os resíduos de peixes, que entram no sistema principalmente como amônia, em nitrato, que é fertilizante para as plantas (Figura 5.1). Este é um processo de duas etapas, e dois grupos separados de bactérias nitrificantes estão envolvidos. O primeiro passo é converter amônia em nitrito, o que é feito pela bactéria oxidante de amônia (AOB). Essas bactérias são frequentemente referidas pelo nome do gênero do grupo mais comum, o Nitrosomonas. O segundo passo é converter nitrito em nitrato é feito pela bactéria oxidante de nitrito (NOB). Estes são comumente referidos pelo nome do gênero do grupo mais comum, o Nitrobacter. Existem muitas espécies dentro desses grupos, mas para os fins desta publicação, as diferenças individuais não são importantes, e é mais útil considerar o grupo como um todo. O processo de nitrificação ocorre da seguinte forma:
Bactérias AOB convertem amônia (NH) em nitrito (NO₂-)
Bactérias NOB então convertem nitrito (NO₂-) em nitrato (NO-)
A nitrificação e, portanto, uma colônia bacteriana saudável é essencial para um sistema aquapônico funcional. As bactérias nitrificantes são relativamente lentas para reproduzir e estabelecer colônias, exigindo dias e, por vezes, semanas, e, portanto, a paciência do agricultor é um dos parâmetros de manejo mais importantes ao estabelecer um novo sistema aquapônico. Muitos aquários e sistemas aquapônicos falharam porque muitos peixes foram adicionados antes da colônia de bactérias ser totalmente desenvolvida. Existem vários outros parâmetros-chave para apoiar bactérias nitrificantes. Geralmente, as bactérias requerem um local grande e escuro para colonizar com boa qualidade da água, alimentos adequados e oxigênio. Muitas vezes, as bactérias nitrificantes formam uma matriz viscosa, marrom claro ou bege no biofiltro, e têm um odor distinto que é difícil de descrever, mas não tem cheiro particularmente sujo, o que pode indicar outros microrganismos.
Área de superfície alta
O material de biofiltração com alta área de superfície específica (SSA) é ideal para desenvolver extensas colônias de bactérias nitrificantes. SSA é uma relação que define a superfície exposta a partir de um determinado volume de meios e é expressa em metros quadrados por metros cúbicos (m2/m3). Em geral, quanto menores e mais porosas as partículas do meio, maior é a superfície disponível para a colonização das bactérias. Isso resulta em uma biofiltração mais eficiente. Existem muitos desses materiais usados na aquapônica, seja como meio de cultivo ou para biofiltração, por exemplo, cascalho vulcânico, argila expandida, bolas de biofiltro de plástico comercial e raízes de plantas. O tufo vulcânico e Bioballs® considerados neste manual têm, respectivamente, 300 m2/m3e 600 m 2/m3, o que é um SSA adequado para permitir que as bactérias prosperem. Outras características e SSA dos diferentes meios utilizados na aquapônica são resumidas no quadro 4.1 e no apêndice 4. Se o material do biofiltro não for ideal e tiver uma relação área de superfície mais baixa para volume, o biofiltro deve ser maior. Um biofiltro de grandes dimensões não pode prejudicar um sistema aquapônico e, embora biofiltros excessivamente grandes adicionem despesas desnecessárias, o excesso de capacidade de biofiltração salvou muitos sistemas do colapso.
pH da água
As bactérias nitrificantes funcionam adequadamente através de uma faixa de pH de 6-8,5. Geralmente, essas bactérias funcionam melhor com pH maior, com o grupo Nitrosomonas preferindo um pH de 7,2-7,8, e o grupo Nitrobacter preferindo um pH de 7,2-8,2. No entanto, o pH alvo para a aquapônica é 6-7, o que é um compromisso entre todos os organismos dentro deste ecossistema. As bactérias nitrificantes funcionam adequadamente dentro desta faixa, e qualquer diminuição na atividade bacteriana pode ser compensada com um biofiltro maior.
Temperatura da água
A faixa de temperatura ideal para bactérias nitrificantes é de 17-34 °C. Essa faixa estimula o crescimento e a produtividade. Se a temperatura da água cair abaixo dessa faixa, a produtividade das bactérias tenderá a diminuir. Em particular, o grupo Nitrobacter é menos tolerante à temperatura mais baixa do que o grupo Nitrosomonas e, como tal, durante os períodos mais frios, o nitrito deve ser cuidadosamente monitorizado para evitar acumulações nocivas.
Oxigênio dissolvido
As bactérias nitrificantes precisam de níveis adequados de OD na água em todos os momentos para crescer de forma saudável e manter altos níveis de produtividade. A nitrificação é uma reação de redução/oxidação (redox), onde as bactérias derivam a energia para viver quando o oxigênio é combinado com o nitrogênio. Os níveis óptimos de OD são 4-8 mg/l, o que é também o nível exigido para os peixes e as plantas. A nitrificação não ocorre se a concentração de OD descer abaixo de 2 mg/l. Assegurar a biofiltração adequada dedicando arejamento ao biofiltro, seja através de ciclos de inundação e drenagem em leitos de mídia, pedras de ar em biofiltros externos ou linhas de retorno de água em cascata para os canais e tanques de reservatório.
Luz UV
As bactérias nitrificantes são fotossensíveis até estabelecerem completamente uma colônia, e a luz solar pode causar danos consideráveis ao biofiltro. Os leitos de mídia já protegem as bactérias da luz solar; mas se estiver usando um biofiltro externo, certifique-se de mantê-lo sombreado da luz solar direta.
Monitorização da actividade bacteriana
Se todos esses cinco parâmetros forem respeitados, é seguro assumir que as bactérias estão presentes e funcionando corretamente. Dito isto, as bactérias são tão importantes para a aquapônica que vale a pena conhecer a saúde geral das bactérias a qualquer momento. No entanto, as bactérias são organismos microscópicos, e é impossível vê-los sem um microscópio. Existe um método simples para monitorar a função bacteriana; o teste de amônia, nitrito e nitrato fornece informações sobre a saúde da colônia bacteriana. O amoníaco e o nitrito devem ser sempre 0-1 mg/l numa unidade aquapónica funcional e equilibrada. Se algum deles for detectável, indica um problema com as bactérias nitrificantes. Existem duas razões possíveis e comuns para que isso ocorra. Primeiro, o biofiltro é muito pequeno para a quantidade de peixes e alimentos para peixes. Portanto, há um desequilíbrio e há muitos peixes. Para rectificar, aumente o tamanho do biofiltro ou reduza o número de peixes, ou o regime de alimentação dos peixes. Às vezes, este problema pode ocorrer quando o sistema começou equilibrado quando os peixes eram menores, mas gradualmente tornou-se desequilibrado à medida que os peixes cresciam e foram alimentados mais com o mesmo biofiltro tamanho. Em segundo lugar, se o sistema estiver equilibrado em tamanho, as próprias bactérias podem não estar funcionando corretamente. Isso pode indicar um problema com a qualidade da água, e cada parâmetro listado acima deve ser verificado. Muitas vezes, isso pode ocorrer durante as estações de inverno à medida que a temperatura da água começa a cair e a atividade bacteriana diminui.
*Fonte: Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, 2014, Christopher Somerville, Moti Cohen, Edoardo Pantanella, Austin Stankus e Alessandro Lovatelli, produção aquapônica de alimentos, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Reproduzido com permissão. *