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

Scarico di acque reflue

Nelle regioni aride le acque di scarico provenienti da impianti d’acquacoltura sono un’importante risorsa idrica alternativa. Un’indagine di campo, tuttavia, ha recentemente dimostrato che irrigare i terreni con questi reflui riduce significativamente la diversità funzionale microbica del suolo

Le premesse

Un uso sostenibile e giudizioso delle risorse terrestri e idriche appare estremamente vitale. Ciò è particolarmente importante in zone aride e semiaride in cui la scarsa disponibilità di acqua dolce è una condizione comune e fa sì che gli agricoltori debbano ricorrere ad altre fonti per “dissetare” le coltivazioni. Fra queste le acque reflue, proposte spesso come risorsa idrica alternativa.

L’irrigazione con questo tipo di acqua non solo riduce notevolmente la pressione sulle risorse idriche dolci, ma allevia anche lo scarico di effluenti, evitando fenomeni di eutrofizzazione e fioritura algale. Eppure, mettere in atto questa possibilità può comportare effetti dannosi, 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 l’eventuale 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.

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.

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

Nonostante ricchezza e diversità della comunità batterica elevate, i suoli irrorati con acque di scarico hanno esibito una diversità funzionale microbica minore rispetto al controllo. Come mai?

Una spiegazione plausibile, chiariscono gli studiosi, 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 di queste ultime, infatti, non provocherà una diversificazione funzionale, dato che la maggior parte delle specie ospita più o meno gli stessi geni. L’effetto contrario, invece, si avrà con un incremento della diversità tassonomica delle specie specializzate, ognuna della quali  porta un insieme specifico di geni funzionali.

In riferimento allo studio, il calo della diversità funzionale si può attribuire alla riduzione della diversità tassonomica di specie specializzate in Proteobatteri, Bacteroidetes e Planctomycetes.

I phyla “protagonisti”

Actinobacteria, Chloroflexi, Acidobacteria e Gemmatimonadetes sono i gruppi più abbondanti di batteri rinvenuti sia nell’acqua di scarico sia nel terreno agricolo. Questi riscontri portano a supporre che i batteri nelle acque reflue diventino parte dei microbi del suolo proprio attraverso l’irrigazione, ma non senza conseguenze. La competizione che ne deriva, infatti, potrebbe determinare la diminuzione di altri gruppi di microrganismi presenti nel terreno, costituendo un rischio per la salute del sistema ecologico e per la qualità del suolo stesso.

La ricerca, in futuro, potrebbe rivelarsi utile per le aree del mondo a clima arido nell’ottica di una gestione migliore delle risorse. 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 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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