Una sintesi di «Ecologia dell'acquario di piante»

Scritto da Diana Walstad (trad. roby70; editor: Sini) il . Postato in Acquariologia generale

Capitolo II. Le piante come depuratori dell'acqua

Le piante acquatiche proteggono i pesci dalla tossicità dell'ammoniaca, dai nitriti e dai metalli pesanti. L’idea delle piante come depuratori d'acqua si basa su tre dati di fatto:

1. le piante acquatiche assorbono facilmente i metalli pesanti;

2. le sostanze umiche provenienti dal tessuto vegetale decomposto delle piante neutralizzano i metalli pesanti;

3. le piante acquatiche assorbono facilmente ammoniaca e nitriti.

A. I metalli pesanti

I «metalli pesanti» sono tossici per tutti gli organismi, siano essi micronutrienti (zinco, rame, ferro, manganese, nichel) o inquinanti ambientali (alluminio, piombo, mercurio, cadmio, ecc.). La Tabella II-1, che classifica diversi metalli pesanti secondo la loro tossicità molare verso vari organismi, mostra che il mercurio e il rame sono tra i metalli pesanti più tossici. 

Tabella II-1. Tossicità di vari metalli pesanti per l’organismo

Organismo  

 

Alta tossicità                 ==>            Bassa tossicità

Alghe  

Hg > Cu > Cd > Fe > Cr > Zn > Co > Mn

Funghi  

Hg > Cu > Cd > Cr > Ni > Pb > Co > Zn > Fe

Pesci  

Hg > Cu > Pb > Cd > Al > Zn > Ni > Cr > Co > Mn

Piante da fiore  

Hg > Pb > Cu > Cd > Cr > Ni > Zn

Abbreviazioni Al = alluminio; Cd = cadmio; Co = cobalto; Cr = cromo; Cu = rame; Fe = ferro; Hg = mercurio; Mn = manganese; Pb = piombo; Zn = zinco.

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1. I metalli nei nostri rifornimenti idrici

Quali metalli pesanti presenti nell'acqua di rubinetto potrebbero essere un problema per i nostri pesci? Se gli standard per l’acqua a uso umano fossero gli stessi dei pesci allora l'acqua abbastanza buona per essere bevuta sarebbe stata sufficiente buona anche per i pesci. Tuttavia non è così, in particolare per lo zinco e il rame. Per prima cosa i livelli di sicurezza per i pesci sono molto più bassi di quelli per gli esseri umani come mostrato in Tabella II-2.

Tabella II-2. Limiti dei metalli pesanti per esseri umani e pesci  

Metallo  

Esseri umani  

(ppm)  

Pesci              

(ppm)  

Cadmio  

0,005

0,01

Cromo  

0,1

0,05

Rame  

1,3

0,02

Piombo  

0,015

0,1

Mercurio  

0,002

0,01

Zinco  

5,0

0,1

Nel seguito del capitolo vengono riportati anche alcuni esempi relativi all’acqua potabile degli Stati Uniti in cui i livelli di metalli pesanti rilevati sono di gran lunga maggiori di quelli presenti negli acquedotti italiani. Ad esempio nel mio comune possiamo trovare questi valori (espressi in ppm): Cadmio < 0.0003; Cromo < 0.01; Zinco < 0.017; Mercurio < 0.0002; Piombo < 0.01.

L’utilizzo dell’acqua di rubinetto nei nostri acquari è quindi, a meno di casi particolari, utilizzabile senza problemi e senza la necessità di prodotti particolari.
I paragrafi successivi del libro (2-3-4) che qui non riportiamo descrivono i meccanismi di tossicità dei metalli pesanti e la loro azione su pesci e piante.

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5. I fattori che moderano la tossicità dei metalli

Poiché la tossicità del metallo è così spesso influenzata da altri fattori, è molto difficile dire se una particolare concentrazione di metalli sia tossica. Infatti dipende anche dalla durezza dell'acqua, dal pH, dalle sostanze organiche disciolte e dalla fauna presente. In generale, la tossicità del metallo si riduce quando i metalli sono legati alla materia organica, alle particelle del terreno o agli ioni carbonato. Questi metalli legati hanno meno probabilità di essere assorbiti da piante e pesci.

a) Durezza dell'acqua e pH

In generale, la tossicità del metallo è un problema molto più grande in acqua dolce e acida. Molti studi scientifici sono stati motivati ​​dalle preoccupazioni degli ambientalisti sull'acidificazione dei laghi naturali dovute alle piogge acide. Mentre i laghi si acidificano a pH inferiori a 5,5, i metalli pesanti come alluminio, rame e zinco vengono rilasciati dal sedimento nell'acqua.

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b) Carbonio organico disciolto

Sebbene la durezza dell'acqua e il pH possano ridurre singolarmente la tossicità dei metalli, il carbonio organico conferisce di gran lunga la massima protezione. I ricercatori hanno dimostrato che per i pesci bandiera (flagfish - Jordanella floridae) il carbonio organico fornisce una protezione 27 volte maggiore rispetto alla durezza dell'acqua.

Il carbonio organico disciolto (DOC) si trova in laghi e fiumi in concentrazioni piuttosto elevate, che vanno da 1 a 30 mg/L (la media è di 6 mg/L). Anche se può colorare l'acqua, il DOC è spesso invisibile tranne che per la schiuma che si forma nelle acque dei torrenti (e negli schiumatoi usati in acquario).

I metalli si legano facilmente al DOC. Ogni milligrammo di DOC ha la capacità di legare 1 µeq (microequivalente) di metallo. I metalli legati non sono facilmente assorbiti e, quindi, sono molto meno tossici dei metalli solubili.

D. Il colore giallo dell'acqua invecchiata in un acquario rappresenta un ambiente inquinato e malsano per i pesci. Pertanto l'acqua negli acquari dovrebbe essere cambiata frequentemente?

R. Non necessariamente. In un acquario piantumato il colore giallastro dell'«acqua invecchiata» è dovuto alle sostanze umiche non provenienti dai rifiuti degli animali. Le sostanze umiche sono formate dalla materia vegetale decomposta.
Gli appassionati hanno discusso su questa vecchia acqua giallastra per anni, e alcuni affermano che «l'acqua invecchiata» rappresenta un ambiente malsano per i pesci. Nel caso dei metalli pesanti, le prove scientifiche suggeriscono il contrario. Il colore è dovuto alle sostanze umiche che legano e chelano i metalli pesanti, riducendo la loro tossicità per i pesci. E, anche se l'acqua dell'acquario non è colorata, probabilmente sono presenti le sostanze umiche.
Le sostanze umiche sono purificatori naturali dell'acqua e forniscono un importante meccanismo attraverso il quale le piante proteggono i pesci dalla tossicità dei metalli.

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c) Chelanti artificiali

I chelanti artificiali si legano saldamente ai metalli pesanti. A differenza del DOC, legano i metalli in un rapporto molare 1:1, con un ordine di priorità ben noto. Ad esempio, è stato dimostrato che ogni molecola di EDTA lega una molecola di rame in modo altamente prevedibile.

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d) Variazione delle specie

La variazione delle specie in risposta alla tossicità del metallo è fissata geneticamente; le specie più sensibili alla tossicità dei metalli non diventano facilmente «resistenti» se esposte a metalli pesanti. Per esempio, un ceppo di erba terrestre si è adattata alla contaminazione del terreno da piombo, ma ci sono voluti circa 100 anni.

Le piante hanno trovato il modo di protettegersi producendo i propri chelanti per i metalli. Ad esempio, è stato scoperto che un ceppo di grano resistente all'alluminio rilascia più acido malico (ndr: conosciuto come acido della mela e utilizzato anche nella disintossicazione da metalli pesanti) di un ceppo non resistente a tale metallo.

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e) Altri fattori

La crescita, di per sé, può ridurre o eliminare la tossicità del metallo semplicemente «diluendone» la concentrazione all'interno del tessuto dell'organismo. Ad esempio, la tossicità dell'alluminio e del ferro che ostacola la crescita della Vallisneria americana nei laghi acidi potrebbe essere eliminata stimolando la crescita della pianta con l’introduzione di CO2; questo può ridurre la concentrazione di alluminio da 2.000 ppm a 693 ppm.

Inoltre anche le particelle del suolo legano prontamente i metalli pesanti.

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6. L' assorbimento dei metalli da parte delle piante

Le piante acquatiche assorbono facilmente i metalli pesanti. Ad esempio, sia le foglie sia le radici dell'Elodea nuttallii assorbono rapidamente rame e zinco. L’assorbimento del metallo da parte delle radici è particolarmente rapido: entro 2 ore, le radici esposte a 3,2 ppm di zinco accumulano oltre 1.000 mg/kg di zinco, mentre le foglie ne accumulano circa 300 mg/kg.

L'assorbimento del metallo è passivo in quanto l'accumulo da parte delle piante sembra aumentare direttamente in proporzione alla concentrazione di metallo presente in acqua. Inoltre, l'assorbimento del metallo ha poco a che fare con i requisiti nutrizionali della pianta. L'Hydrilla verticillata non mostra segni di saturazione da ferro fino a quando i livelli di ferro chelato non raggiungono i 6 mg/L mentre i suoi tessuti ne contengono oltre 21.000 mg/kg.

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B. L’ammoniaca

L'ammoniaca è uno degli inquinanti più importanti e comuni negli acquari. Pesci e batteri espellono l'ammoniaca come prodotto di scarto del loro metabolismo. L'ammoniaca (NH3), che è tossica, esiste in equilibrio con l’ammonio (NH4+), che non è tossico, nella seguente reazione:

NH3 + H2O <=> NH4OH <=> NH4+ + OH-

La percentuale di ammoniaca in una soluzione con una data concentrazione di azoto (N) cambia drasticamente con il pH. Tipicamente, vi è un aumento di 10 volte dell'ammoniaca per ogni aumento di 1 unità di pH. Ad esempio, se il pH aumenta da 7,0 a 8,0, la percentuale di N che è NHaumenta da circa lo 0,33% a circa il 3,3%, mentre la percentuale di N che è NH4 scende corrispondentemente dal 99,7% al 96,7%. Quindi, maggiore è il pH, maggiore è la concentrazione di NHe di conseguenza maggiore è la tossicità dell'azoto inorganico presente.

1. Tossicità dell'ammoniaca per i pesci

I pesci differiscono nella loro tollerabilità all'ammoniaca.

Ad esempio livelli di ammoniaca tossici per alcune specie sono tranquillamente sopportati da altre.

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Le raccomandazioni per livelli di ammoniaca sicuri variano. Gli esperti di qualità dell'acqua raccomandano di mantenere i livelli di ammoniaca (NH3) al di sotto di 0,01 mg/L nelle acque dolci naturali per evitare effetti cronici. Gli appassionati di acquari, che misurano l'ammoniaca totale (NH3 più NH4+) con i loro test, dovrebbero mantenere l'ammoniaca totale al di sotto di 0,02 mg/L per i pesci d'acqua dolce.

2. Tossicità dell'ammoniaca per le piante

L'ammoniaca può ridurre la crescita o uccidere le piante. Anche le piante acquatiche variano nella loro capacità di tollelare l’ammoniaca.

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3. L'assunzione di ammoniaca da parte delle piante acquatiche

La maggior parte delle piante acquatiche che ho studiato, quando gli si è presentata la scelta tra ammonio e nitrati come fonte di azoto, hanno sempre preso esclusivamente l’ammonio. Solo quando l'ammonio non è stato più disponibile, le piante hanno utilizzato i nitrati.

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C. I nitriti

I problemi con i nitriti (NO2-) sono meno discussi in acquariofilia rispetto a quelli con l’ammoniaca. Tuttavia i nitriti possono a volte essere un problema negli acquari d'acqua dolce.

Poiché numerosi processi batterici producono nitriti, il rischio di un loro accumulo non è raro. Nelle acque naturali contaminate sono stati rilevati dei livelli di nitriti oltre i 100 mg/L.

1. La tossicità dei nitriti

L'ossigeno viene trasportato nel sangue dalle molecole di emoglobina. Il nitrito converte l’emoglobina in metaemoglobina, che è una molecola di colore bruno che non permette di legare l'ossigeno. Nei pesci l’emoglobina si può convertire in metaemoglobina quando l'acqua contiene solo 0,05 mg/L di nitriti.

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2. L'assorbimento di nitrito da parte delle piante

Sebbene le piante possano sicuramente usare il nitrito come fonte di azoto, la domanda pertinente per gli acquariofili è: le piante acquatiche rimuovono il nitrito tossico piuttosto che il nitrato non tossico? Al momento non è disponibile una risposta definitiva a questa domanda nella letteratura scientifica ma ad esempio quando la lenticchia d'acqua Spirodela oligorrhiza veniva coltivata in terreni contenenti nitrati e nitriti, assumeva preferibilmente il nitrito rispetto al nitrato.

D. Quali fattori influenzerebbero la tossicità dei metalli negli acquari?

R. Di seguito ci sono alcune delle strategie che gli appassionati di acquari usano frequentemente per ridurre la tossicità dei metalli per i pesci:
- utilizzare acqua di R.O. (osmosi inversa) o acqua deionizzata per i cambi d'acqua;
- utilizzare biocondizionatori che contengono chelanti per i metalli come l'EDTA;
- utilizzare la filtrazione con torba: la torba lega gli ioni dei metalli in cambio di ioni H-;
- utilizzare «estratti di torba» (Black Water Extract): i suoi acidi umici dovrebbero legarsi con i metalli;
- aumentare la durezza dell'acqua: il calcio protegge i microrganismi dai metalli;
- favorire una buona crescita delle piante e potare regolarmente la loro crescita eccessiva;
- consentire l'accumulo di DOC (carbonio organico disciolto).

Le misure di pulizia che invece potrebbero aumentare la tossicità dei metalli sono:
- cambiare l'acqua: il cambio rimuove i DOC protettivi e, se l'acqua di rubinetto è contaminata, ogni cambio d'acqua è in sostanza una nuova dose di metalli;
- eliminare le proteine con uno schiumatoio (Skimming proteico): rimuove i DOC;
- filtrare con carbone: rimuove i DOC.

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