Als Fachleute der Branche stoßen wir häufig auf Bewässerungsanlagen mit erheblichen Problemen, die auf das Vorhandensein von sogenannten „Oba“, Algen, Schlamm, Schmutz usw. im Leitungsnetz und in den Geräten zurückzuführen sind. Diese verursachen Verstopfungen der Düsen, einen Effizienzverlust der Anlage sowie eine Zunahme der Häufigkeit und des Aufwands bei Wartungsarbeiten.
Der Biofilm entsteht durch die Neigung von Mikroorganismen, sich zusammenzulagern, und wenn nicht rechtzeitig und fachkundig gehandelt wird, kann dies zu einem sehr ernsten Problem führen, wenn sich Teile der gebildeten Schicht in Form von Folien oder Klumpen ablösen, die die Leitungen verstopfen können. In den meisten Fällen kann dies dazu führen, dass ein gesamtes Netz von Sprühdüsen endgültig und irreversibel verstopft wird, was die Ernte gefährdet. In diesem Moment schlagen alle Alarmglocken, und der Landwirt wird sich der Schwere des Problems bewusst.
Aber … Was ist eigentlich ein Biofilm?
Der Biofilm ist eine Schicht aus organischer Masse, die in der Regel eine dunkle Farbe und eine gelartige Konsistenz aufweist und aus Kolonien miteinander verbundener und organisierter Mikroorganismen besteht, die Oberflächen bedecken, die meist mit Wasser in Kontakt stehen oder eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweisen. Häufig binden diese Kolonien mineralische Sedimente und gelöste Salze ein, die Teil ihrer Struktur werden. Spanische Behörde für Lebensmittelsicherheit und Ernährung (AESAN), Biofilme werden definiert als „Komplexe Gemeinschaften von Mikroorganismen, die in einer selbstgebildeten organischen Polymermatrix eingebettet auf einer lebenden (Schleimhautbiofilm) oder inerten Oberfläche wachsen und aus einer einzigen mikrobiellen Art oder einer Vielzahl verschiedener Arten bestehen können.“
Wir dürfen den Biofilm nicht mit dem Bryozoen. Der Biofilm besteht hauptsächlich aus miteinander verbundenen Bakterienkolonien. Das Briozoon entsteht durch die Ansammlung komplexerer und größerer Organismen (bis zu 0,5 mm), die sich in Kolonien ansiedeln und verzweigte Ausläufer bilden, die häufig eine Länge von 30 cm überschreiten und große Bewässerungsanlagen verstopfen können.
Biofilm findet man in industriellen Anlagen und Geräten, in unseren Wohnungen, auf der Oberfläche von Lebensmitteln, in unserem Körper und natürlich in Bewässerungsanlagen.
Entwicklungsphasen des Biofilms
Der Prozess der Biofilmbildung ist komplex, lässt sich jedoch in vier Phasen zusammenfassen:
- Befestigung. Anhaftung freier Mikroorganismen an einer Oberfläche.
- Abteilung. Nach der irreversiblen Anhaftung an die Oberfläche beginnt ein Prozess der Reifung, des Wachstums und der Teilung.
- Herstellung von Exopolymeren. Das Exopolymer ist eine schützende Schleimhautschicht, die die Masse umhüllt, wodurch das Risiko der Austrocknung verringert wird und den Mikroorganismen ein angenehmer Lebensraum geboten wird, der vor äußeren Einflüssen geschützt ist.
- Streuung. Der Lebenszyklus schließt mit einer letzten Ausbreitungsphase ab, der darin besteht, dass sich Kolonisierungszellen freisetzen und ausbreiten, um sich an neuen Oberflächen anzusiedeln und dort einen neuen Zyklus zu beginnen.
Welche Faktoren begünstigen die Bildung von Biofilmen?
Eine notwendige Voraussetzung für die Bildung von Biofilmen ist das Vorhandensein von Wasser, das Feuchtigkeit, Nährstoffe und Sauerstoff liefert und zudem als Träger für die Ausbreitung der frei lebenden, besiedelnden Mikroorganismen dient.
Unter günstigen Bedingungen vermehren sich diese Organismen, wodurch ihre Konzentration zunimmt und somit auch die Notwendigkeit, sich zu organisieren, um neue Bereiche zu besiedeln. Ungeklärtes Abwasser, stehendes Wasser oder Industrieabwässer enthalten in der Regel Bakterien und sind daher Brutstätten für die Vermehrung von Mikroorganismen sowie anfällig für die Bildung von Biofilmen.
Dies sind die Bedingungen, die die Vermehrung von Mikroorganismen in unseren Anlagen begünstigen:
Hohe Temperaturen: Biofilm kann sich bereits bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt bilden, seine Entwicklung wird jedoch bei Temperaturen über 25–30 °C erheblich begünstigt. Daher treten in den Frühlings- und Sommermonaten häufiger Probleme auf, die auf das Vorhandensein von Biofilm in den Anlagen zur Bewässerung zurückzuführen sind.
Neutraler pH-Wert: Bewässerungswasser mit neutralem oder leicht saurem pH-Wert (6,5 – 7) ist für die Entwicklung dieser Art von Mikroorganismen günstig.
Hohe Sauerstoffversorgung: Der Biofilm besteht sowohl aus aeroben als auch aus anaeroben Bakterien. Erstere benötigen Sauerstoff für ihr Wachstum und befinden sich in den äußeren Schichten des Biofilms, wo der Kontakt mit der Strömung am größten ist. Ein hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser begünstigt das Wachstum der aeroben Bakterien.
Nährstoffe: Die im Bewässerungswasser enthaltenen organischen Stoffe dienen den Mikroorganismen als Nährstoff und tragen somit direkt zu deren Vermehrung bei.
Zusammensetzung und Rauheit der Oberflächen: Die chemische Zusammensetzung der Materialien, die mit Wasser in Kontakt kommen, ist ein entscheidender Faktor für die Bildung von Biofilmen. Die von bestimmten Kunststoffen freigesetzten organischen Verbindungen begünstigen das Wachstum von Mikroorganismen, während metallische Werkstoffe wie Edelstahl eine höhere Beständigkeit aufweisen.
Eine höhere Rauheit fördert die Anhaftung, Ansiedlung und das Überleben dieser Mikroorganismen.
Geringe Durchflussgeschwindigkeit: Eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Rohr erschwert die Anhaftung und Ansiedlung von Mikroorganismen an der Oberfläche und erhöht die Erosionsrate der Biofilmschicht, wodurch deren Dicke abnimmt, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Im Gegensatz dazu begünstigen niedrige Strömungsgeschwindigkeiten die Anhaftung, Ansiedlung und den Verbleib der Mikroorganismen und erhöhen so die Dicke des Biofilms.
Andererseits kann ein gelegentlicher Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit zu einer höheren Erosionsrate führen und die Ausbreitung von Zellen begünstigen, die neue Oberflächen besiedeln.
Welche Auswirkungen hat der Biofilm auf die Bewässerungsanlage?
Wenn Ihre Bewässerungsanlage diese Bedingungen erfüllt, sollten Sie besonders auf das Vorhandensein von Biofilm achten und die notwendigen Maßnahmen ergreifen, damit das Problem keine erheblichen zusätzlichen Kosten verursacht und kein Risiko für Ihre Kultur darstellt.
Verstopfungen sind die letzte und schwerwiegendste Folge, doch wir müssen bedenken, dass Biofilm auch die Lebensdauer von Bewässerungsanlagen verkürzt, einen höheren Wartungsaufwand für die Geräte verursacht, einen zusätzlichen Verbrauch an Düngemitteln und Sauerstoff bedingt, die Korrosion beschleunigt und darüber hinaus eine Quelle von Krankheitserregern für den Boden, die Kulturpflanzen und die Mitarbeiter darstellt.
In kommenden Artikeln werden wir diese Problematik und ihre möglichen Lösungen ausführlicher behandeln.
