Perché i batteri nitrificanti sono importanti per un impianto acquaponico in salute?

L’acquaponica comprende e necessita della presenza di numerosi microrganismi per poter permettere il benessere degli animali allevati.

All’interno del vostro impianto acquaponico, infatti, le deiezioni dei pesci ricche di ammoniaca non sono immediatamente assimilabili dalle piante, perciò una delle principali attenzioni nei sistemi a ricircolo, è farle degradare e ridurle in forme accessibili. È qui che subentrano dei protagonisti invisibili molto importanti, ovvero i batteri nitrificanti Nitrosomonas e Nitrobacter. Questi organismi trasformano l’azoto, contenuto nella sostanza organica prodotta dalle specie ittiche, in nitriti e nitrati, sostanze inorganiche formate da azoto e ossigeno, che le piante possono nuovamente utilizzare. In particolare, i Nitrosomonas convertono l’ammoniaca in nitriti i quali, a loro volta, vengono trasformati in nitrati dai Nitrobacter. L’intero processo è conosciuto con il nome di biofiltrazione o nitrificazione e sarà importante garantire condizioni ottimali:

• una temperatura dell’acqua intorno ai 20°C
• PH tra 7 e 9 (ottimale 8)
• elevata ossigenazione, con valori di ossigeno disciolto tra 8 e 10 mg/l. 

A questo punto le piante, attraverso le radici, potranno assorbire tutti i nutrienti necessari per la crescita, attuando così una fitodepurazione benefica per la salute sia di batteri che degli animali.

Batteri nitrificanti: come favorire la crescita

La dimora adatta per la proliferazione batterica consiste in una superficie porosa sommersa ed oscurata dove far scorrere un flusso d’acqua che permette ai batteri di ossidare l’ammoniaca. Oggi esistono in commercio dei biofiltri, cioè dei contenitori suddivisi in sezioni, al cui interno vengono introdotti materiali solidi come pietre o elementi di plastica (biocarrier e bioballs), i quali fungono da substrati di proliferazione per i batteri nitrificanti. Questi “materiali filtranti” forniscono, per la crescita batterica, un’elevata superficie per unità di volume occupato e la loro efficienza viene indicata con un valore espresso in SSA: più il numero è alto, tanto più l’efficienza del materiale cresce. In genere in commercio si trovano biocarrier con valori che vanno da 500 a 700 SSA, valore che indica che ogni metro cubo di materiale presenta 500 o 700 m2 di superficie disponibile per la crescita dei batteri.

Il ruolo delle piante per la proliferazione batterica

Nel sistema acquaponico la presenza delle radici fornisce una superficie aggiuntiva per la proliferazione batterica, inoltre una certa quantità di ammoniaca viene assorbita dalle piante. Tuttavia, il contributo di questi fattori per il trattamento delle acque in acquaponica non è ancora stato approfondito e misurato con certezza. Pertanto, i biofiltri del sistema acquaponico devono essere dimensionati basandosi sugli standard per sistemi a ricircolo, ovvero senza tenere in considerazione la presenza delle piante e dei loro substrati di appoggio.

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Nitrosomonas, Nitrobacter e altri batteri nitrificanti: cosa dice la scienza?

Il mondo scientifico sta scoprendo la presenza di ulteriori tipologie di batteri presenti nell’impianto acquaponico. Ad esempio, in diversi studi recenti, è stato evidenziato come le feci di pesce contengano una comunità batterica a parte, dominata dal genere Cetobacterium, mentre l’analisi dei campioni raccolti di radici di piante e del biofiltro appartengono a comunità batteriche diverse. I campioni analizzati dal biofiltro contenevano elevate quantità di Nitrospira (3,9% della comunità totale) che sono stati trovati solo in basso numero nelle radici delle piante. D’altra parte, soltanto una piccola percentuale di Nitrosomonadales (0,64%) e Nitrobacter (0,11%) sono state trovate negli stessi campioni. Questo secondo gruppo di organismi sono comunemente oggetto di test per individuare la loro presenza in sistemi acquaponici, in quanto sono ritenuti i principali responsabili della nitrificazione (Rurangwa e Verdegem 2015; Zou et al. 2016). Il dominio di Nitrospira è quindi una novità in tali sistemi e potrebbe portare alla necessità di modificare la configurazione di base di un impianto (Graber et al. 2014).  

Schmautz et al. (2017) hanno anche sottolineato che la maggiore presenza di Nitrospira non è necessariamente correlata alla maggiore attività di questi organismi nel sistema, in quanto le loro attività metaboliche non sono ancora state studiate a sufficienza. Inoltre, molte specie di batteri e coliformi sono intrinsecamente presenti nei biofiltri a ricircolo acquaponico, contribuendo a trasformare la materia organica ed i rifiuti dei pesci. Altre tipologie rilevate all’interno degli impianti sono Nitrosococcus e Nitrococcus (Prosser 1989), associati principalmente all’ossidazione dell’ammoniaca, come Nitrospira e Nitrosomonas.

Altri studi hanno dimostrato come all’interno dei “grow bed”, ovvero contenitori ripieni di argilla espansa, si vada a creare una specie di “microcosmo” brulicante di tanti microrganismi. Questi piccoli elementi messi insieme, batteri e funghi benefici ad esempio, agiscono da concorrenti diretti nei confronti di molti agenti patogeni pericolosi per le piante. Tramite il loro metabolismo avviene la produzione di aminoacidi ed altri componenti essenziali per le piante (Goddek 2019).

Infine è utile evidenziare come in acquaponica si crei un ecosistema complesso affidato a processi naturali, infatti l’uomo non li limita, ma li incoraggia e crea le condizioni ideali per favorirli. Molti studi hanno dimostrato come tutto ciò contribuisca a incrementare la resistenza e la salute delle piante, con la conseguenza di una produzione superiore rispetto alla coltivazione a terra.