Regioni aride: impatti dei reflui di acquacoltura sulle comunità microbiche del suolo

Scarico di acque reflue

Nelle regioni aride, dove la scarsa quantità di acqua dolce è una condizione comune, le acque di scarico provenienti da impianti d’acquacoltura sono una delle più importanti risorse idriche alternative.
Un’indagine di campo ha recentemente dimostrato che l’irrigazione del terreno con questo tipo di acque reflue riduce significativamente la diversità funzionale microbica del suolo. La ricerca, in futuro, potrebbe rivelarsi utile per le aree del mondo a clima arido nell’ottica di una gestione migliore delle risorse del suolo e delle acque residuali.

Le premesse

Un uso sostenibile e giudizioso delle risorse terrestri e delle risorse idriche appare estremamente vitale. Ciò è particolarmente importante in zone aride e semiaride in cui la scarsa disponibilità di acqua dolce fa sì che gli agricoltori utilizzino acqua da altre fonti per le coltivazioni. A questo proposito, le acque reflue sono proposte spesso come risorsa idrica alternativa.
L’irrigazione con questo tipo di acqua non solo può ridurre notevolmente la pressione sulle risorse idriche dolci, ma anche alleviare lo scarico di effluenti, evitando, in tal modo, fenomeni di eutrofizzazione e fioritura algale.
Tuttavia, l’uso di acque di scarico per l’irrorazione di terreni agricoli può comportare anche effetti dannosi, come ad esempio l’aumento della salinità del suolo, la diminuzione del pH e una maggiore contaminazione da metalli pesanti. Da non sottovalutare poi i diversi rischi biologici associati, vale a dire la possibile presenza di agenti patogeni nel terreno.

Uno studio basato su metodi biologici e metagenomici

I ricercatori hanno condotto i campionamenti in una tipica regione arida, in campi coltivati a vite irrigati con acque reflue provenienti da impianti d’acquacoltura e con acque dolci fresche (controllo).
Gli obiettivi del progetto? Esplorare le differenze di diversità funzionale microbica e le strutture della comunità batterica, e analizzare le relazioni fra le caratteristiche microbiche e l‘ambiente abiotico.

La composizione della comunità batterica

A elaborare i dati un team di esperti, che ha constatato come le abbondanze relative di Proteobacteria, Bacteroidetes e Planctomycetes siano diminuite in modo significativo dal controllo (FWS) al terreno irrigato con acque reflue (AWS), mentre quelle di Actinobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria e Gemmatimonadetes siano aumentate (figura 1).
In generale, i proteobatteri comprendono un enorme livello di diversità morfologica, fisiologica e metabolica e sono di grande importanza per il ciclo globale del carbonio. Si pensa che la maggior parte di questi microrganismi cresca velocemente, preferendo ambienti ricchi di sostanze nutritive e con una correlazione positiva con la produzione di anidride carbonica del suolo.

Figura 1 Gli anelli rappresentano l’abbondanza relativa media (da tre campioni replicati) di phyla batterici che costituivano almeno l’1% dell’intera comunità (A) e delle classi che costituivano almeno lo 0,2% dell’intera comunità (B); valori significativamente diversi in abbondanza relativa tra suoli irrigati con acque fresche (FWS) e i suoli irrigati con acque reflue (AWS) sono contrassegnati da asterischi (P <0,05, t test accoppiato) (Scientific Reports, 2017).
Diversità funzionale microbica, un’analisi al dettaglio

Inoltre, sebbene nei terreni irrorati con acque di scarico di acquacoltura fossero presenti una ricchezza e una diversità della comunità batterica maggiori, questi suoli hanno mostrato una diversità funzionale microbica minore rispetto al controllo.
Una spiegazione plausibile di questo risultato è un passaggio da specie specialiste (che ospitano geni funzionali specializzati) a specie generaliste (che ospitano geni funzionali condivisi da diverse specie). Un aumento della diversità tassonomica delle specie generaliste, infatti, non provocherà una diversificazione funzionale, dato che la maggior parte delle specie ospita più o meno gli stessi geni, mentre, al contrario, un incremento della diversità tassonomica delle specie specializzate comporterà un aumento della diversità funzionale, poiché ogni specie porta un insieme specifico di geni funzionali.
In questa circostanza, la riduzione osservata della diversità funzionale si può attribuire alle diminuzioni della diversità tassonomica di specie specializzate in Proteobatteri, Bacteroidetes e Planctomycetes.

Actinobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria e Gemmatimonadetes sono i gruppi più abbondanti di batteri rinvenuti sia nell’acqua di scarico sia nel terreno agricolo. Le maggiori abbondanze relative per questi raggruppamenti portano a supporre che i batteri nelle acque reflue diventino parte dei microbi del suolo proprio attraverso l’irrigazione.  Tale condizione, a causa della competizione, potrebbe determinare la diminuzione degli altri gruppi di microrganismi presenti nel terreno (come i Proteobacteria, Bacteroidetes e Planctomycetes) costituendo, dunque, un rischio per la salute del sistema ecologico e per la qualità del suolo stesso.

I microbi sono una delle componenti più complesse dell’ecosistema suolo — scrivono gli stessi autori dell’articolo. Non sono solo partecipanti e drivers dei cicli biogeochimici degli elementi, ma anche degli indicatori sensibili del cambiamento ambientale di questa matrice“.

Angela Chimienti

Fonte:

  • Lijuan Chen, Qi Feng, Changsheng Li, Yongping Wei, Yan Zhao, Yongjiu Feng, Hang Zheng, Fengrui Li & Huiya Li, Impacts of aquaculture wastewater irrigation on soil microbial functional diversity and community structure in arid regions, Scientific Reports 7, Article number: 11193 (2017) doi:10.1038/s41598-017-11678-z Open Acces.  (Commons Attribution 4.0 International License).

Crediti immagini:

  • Immagine in evidenza: Sewage disposal. Taken in Peru. By Nigel Wylie (Author) [Public domain], via Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wastewater_effluent.JPG
    File URL: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/Wastewater_effluent.JPG
  • Figura 1: Impacts of aquaculture wastewater irrigation on soil microbial functional diversity and community structure in arid regions, Lijuan Chen, Qi Feng, Changsheng Li, Yongping Wei, Yan Zhao, Yongjiu Feng, Hang Zheng, Fengrui Li & Huiya Li, Scientific Reports 7, Article number: 11193 (2017) doi:10.1038/s41598-017-11678-z Open access.  (Creative Commons Attribution 4.0 International License).

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