Una sintesi di «Ecologia dell'acquario di piante»

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

Capitolo VI. Il carbonio

L’anidride carbonica (CO2) è più di un nutriente per piante; nella sua forma di bicarbonato (HCO3-) è anche il maggior tampone del pH nelle acque dolci in natura.

A. Alcalinità dell'acqua, pH e CO2

Nelle acque dolci in natura, l’alcalinità è determinata principalmente dalla concentrazione di bicarbonato. Più bicarbonati significano più alcalinità, che significa più tampone per il pH. La figura VI-1 mostra come l’alcalinità tamponi le variazioni di pH durante il giorno nelle vasche per acquacoltura. Gli stagni con bassa alcalinità mostrano un aumento di pH principalmente durante il tardo pomeriggio a causa della fotosintesi delle piante; gli stagni con moderata o elevata alcalinità mostrano variazioni più piccole del pH.

 Figura VI 1Immagine originale tratta dal libro

Figura VI-1. L’effetto dell’alcalinità sulle variazioni giornaliere del pH in vasche per l'acquacoltura. L’alcalinità è considerata bassa con meno di 20 ppm di bicarbonati (CaCO3), moderata o elevata dai 50 a 300 ppm di bicarbonati.

Non solo la CO2 influenza il pH, ma il pH influenza la concentrazione di CO2. Il pH determina le proporzioni di CO2, bicarbonati (HCO3-) e carbonati (CO32-). Con un pH acido di 5 o inferiore la maggior parte del DIC [Dissolved Inorganic Carbon - carbonio inorganico disciolto composto da CO2 + HCO3- + CO32-] nell'acqua è composto da CO2. A pH 6,5 l'acqua contiene circa uguali quantità di CO2 e bicarbonato, mentre a pH 8,5 quasi tutta la CO2 è stata trasformata in bicarbonati. Quando l'acqua raggiunge pH 10, circa il 24% dei bicarbonati sono a loro volta trasformati in carbonati.

D. In negozio abbiamo un acquario con piante da circa 150 litri. Il pH è circa 7,2 e utilizziamo solo acqua di R.O. (osmosi inversa). Recentemente ho iniziato a erogare CO2 e questo sembra aver portato beneficio alle piante. Tuttavia il test visivo indica che c'è troppa CO2 nell'acqua. Ho dovuto mettere pesci che respirano con la bocca (Gouramis e betta) perché i Pelvicachromis e i phenacogrammus (tetra del Congo) boccheggiavano sempre in superficie.
La mia domanda è: nella mia situazione è sbagliato sovradosare leggermente la CO2?

R. I tuoi pesci sono in un grave e imminente pericolo.
Aggiungere CO2 all'acqua di R.O. può facilmente ucciderli (l'acqua di R.O. non contiene praticamente sali, compresi i bicarbonati, e quindi non è abbastanza alcalina per tamponare la CO2 aggiunta). Se inserisci CO2 devi semplicemente mantenere una certa alcalinità nell'acqua. L'aggiunta di acqua dura e di bicarbonato di sodio è un modo per aumentarla. Con queste aggiunte fatte periodicamente dovresti portare l'alcalinità a livelli normali. La tua vasca dovrebbe avere una durezza carbonatica (KH) superiore a 3 o 4.

B. Il carbonio limita la crescita delle piante sommerse

Le piante acquatiche in natura (e negli acquari) sono spesso limitate dalla CO2. Le piante sommerse hanno infatti difficoltà ad ottenere abbastanza CO2 e questo fatto è ritenuto il maggior responsabile della loro crescita lenta e bassa produttività. Le piante aeree, che hanno accesso all'aria, (terrestri, emerse e piante della foresta pluviale) sono molto più produttive di quelle sommerse d'acqua dolce (tabella VI-1); ad esempio le piante emerse d'acqua dolce si sono mostrate oltre quattro volte più produttive di quelle sommerse: 7,5 kg contro 1,7 kg.

La bassa produttività delle piante sommerse non è però dovuta al fatto che c'è meno CO2 nell’acqua che nell’aria (in media molti corsi d'acqua naturali presentano dei livelli di CO2 tre volte superiori a quelli dell'aria), ma al fatto che questa si diffonde molto più lentamente in acqua (circa 10.000 volte più lenta che in aria). Questo semplice fenomeno fisico limita inevitabilmente l'assorbimento di CO2 dato che le sue molecole non riescono a raggiungere le foglie delle piante abbastanza velocemente per soddisfarne le esigenze. 

Tipo di pianta (tropicale)

Produttività (kg peso secco /m2/anno)

Piante d'acqua dolce sommerse

1,7

Piante d'acqua dolce emerse

7,5

Piante marine sommerse

3,5

Piante annuale terrestri

3,0

Piante forestali pluviale

5,0

Tabella VI-1. Produttività di varie piante.

Tuttavia, se il movimento lento della CO2 in acqua fosse l'unico problema per le piante sommerse, le piante marine dovrebbero essere improduttive come le piante d'acqua dolce. La tabella VI-1 dimostra invece che la produttività delle piante sommerse in ambiente marino è molto più elevata che in ambiente d'acqua dolce (cioè 3,5 contro 1,7 kg/m2/anno).

La differenza è data dal fatto che le piante marine hanno la garanzia di un’ampia e costante disponibilità di carbonio grazie ai bicarbonati (da 115 mg/L a 143 mg/L) presenti nell’acqua di mare. I ricercatori ipotizzano che le piante marine sono state in grado di adeguare i loro sistemi fotosintetici a questa fornitura stabile di bicarbonati. Così i loro sistemi fotosintetici generalmente funzionano alla massima capacità ed efficienza.

Al contrario le piante sommerse in acqua dolce stagnante devono vedersela con capricciose variazioni nei livelli di CO2 che vanno da 0 ad oltre 14 mg/L. Nelle zone di lago con vegetazione fitta la CO2 potrebbe essere esaurita già nel pomeriggio a causa della pesante fotosintesi per poi lentamente tornare ai livelli normali di notte. Le fluttuazioni estreme in acqua della CO2 possono spiegare perché le piante acquatiche non hanno gli stabilisistemi fotosintetici C3 e C4 che hanno le piante terrestri.

[Ndr: a seconda del tipo di reazioni che avvengono nella seconda parte della fotosintesi si distinguono piante C3 e C4. Per le C3 il primo composto organico della fotosintesi è la gliceraldeide 3-fosfato, mentre per le piante C4 è l’ossalacetato, a quattro atomi di carbonio]

Per competere, le piante sommerse hanno dovuto investire in costosi sistemi fotosintetici (enzimi) per catturare rapidamente la CO2 quando è disponibile. Quando però la CO2 è esaurita, come al pomeriggio durante l’intensa fotosintesi, questa sistemi si trovano inattivi. Infatti, il tasso fotosintetico tipico delle piante d'acqua dolce viene eseguito solo al 38% della capacità massima, molto meno rispetto alle piante marine e alle macroalghe. Le piante d'acqua dolce devono quindi mantenere sottoutilizzati o inattivi i loro sistemi; questa manutenzione scarica energia sotto forma di respiro aumentato.

Il risultato è una riduzione nell'efficienza fotosintetica e, in definitiva, della crescita delle piante di acqua dolce.

C. La carenza del carbonio nelle acque dolci in natura

Le piante acquatiche d'acqua dolce affrontano grossi problemi nell'ottenere il carbonio (sia CO2 che bicarbonati) di cui hanno bisogno per la loro fotosintesi. Il carbonio è spesso carente nell’acqua dolce e con livelli che cambiano rapidamente. Durante la fotosintesi le piante acquatiche e le alghe riducono i livelli di carbonio nelle acque di lago entro mezzogiorno. La fotosintesi è spesso più alta a metà mattina per poi diminuire gradualmente nel resto della giornata, anche quando la luce e le altre sostanze nutrienti sono abbondanti.

La fotosintesi della pianta rimuove CO2 direttamente dall'acqua e questo fa alzare così tanto il pH che qualsiasi residuo di CO2 viene convertito in bicarbonati.

D. Le strategie delle piante per aumentare l'assorbimento di carbonio

Più velocemente una pianta acquatica assorbe carbonio dall'acqua, più veloce sarà la sua crescita. Ad esempio, i ricercatori hanno cercato di trovare una spiegazione all'estrema variabilità del tasso di crescita di 14 specie diverse di piante acquatiche (i tempi di raddoppiamento della crescita sono variati da 6 a 95 giorni). I ricercatori hanno confrontato i tassi di crescita con i tassi di fotosintesi, la concentrazione della clorofilla nelle foglie, la biomassa delle foglie, la superficie delle foglie e l’affinità con il carbonio. L'unico fattore che ha correlato significativamente la crescita era l’affinità con il carbonio.

Ottenere il carbonio è spesso un problema per le piante acquatiche; per questo motivo molte di loro hanno ideato ingegnose strategie per aumentarne l'assorbimento. Ci sono cinque strategie conosciute: (1) stoccaggio della CO2 come malato (acido malico); (2) rifissazione della CO2 respirata; (3) assorbimento dei bicarbonati; (4) assorbimento del sedimento dalle radici; (5) crescita aerea.

E. Le fonti di carbonio per le piante

Laghi e fiumi hanno quasi sempre più CO2 di quanto ci si aspetterebbe solo per l’equilibrio che si instaura con l’aria. La CO2 supplementare è generata dalla decomposizione; questa CO2 può essere considerevole, soprattutto poiché le acque in natura contengono grandi quantità di carbonio organico disciolto (DOC).

Molte piante acquatiche non potrebbero sopravvivere in natura senza la CO2 fornita dalla decomposizione. L’acqua in equilibrio con l’aria contiene 0,5 mg/L di CO2; molte piante acquatiche ne richiedono concentrazioni di gran lunga superiori.

F. La CO2 in acquario

D. Cosa pensi dei sistemi per l'immissione di CO2? Pensi che valgano il prezzo elevato?

R. Se un sistema di immissione di CO2 valga il prezzo è una scelta personale. Io non lo uso perché sono soddisfatta delle mie piante e dei miei acquari.
Generalmente le piante acquatiche crescono molto meglio con l'aggiunta di CO2. Questo perché la CO2 è spesso il fattore limitante nella maggior parte degli acquari, incluso il mio; se non altro perché tante altre sostanze nutritive, come l'azoto e il fosforo, sono abbondanti.
Tuttavia il lato negativo è che, utilizzando la CO2, la tua vasca richiederà molto più lavoro. Non tutti gli acquariofili amano fare frequenti potature dovute alla fertilizzazione con CO2. E poiché la mancanza di carbonio non limita più la crescita delle piante, spesso è necessario fertilizzare artificialmente. Sarà necessario monitorare continuamente pH e KH per assicurarsi che l'alcalinità faccia da tampone. Se si ha acqua tenera sarà necessario aggiungere regolarmente bicarbonato di sodio o carbonato di calcio su base per mantenere il KH sicuro per i pesci. In qualche occasione gli appassionati hanno riportato massicce morie di pesci durante la notte causate da «un'overdose» di CO2.
Inoltre ci possono essere effetti a lungo termine causati dalla fertilizzazione con CO2 sul fondo. Alcuni appassionati hanno prima descritto come miracolosa la crescita delle piante con i loro nuovi sistemi di erogazione della CO2, per segnalare poi un inspiegabile collasso dei loro acquari dopo un anno o due.

La CO2 per le piante in acquario è ricavata dai mangimi dei pesci e dalla materia organica del fondo. Entrambe queste fonti richiedono il metabolismo dei pesci e/o la decomposizione per trasformare la materia organica in CO2.

Se si utilizzano metodi naturali (come ad esempio la decomposizione) per fornire CO2 è particolarmente importante limitarne la perdita. Dato che la CO2 è un gas, può essere persa da tutte quelle attività che aumentano la miscelazione aria-acqua come un vigoroso movimento dell'acqua provocato dai filtri «wet-dry», aereatori e spray-bar.

L’appassionato deve quindi bilanciare il movimento dell'acqua che migliora l'assorbimento di nutrienti da parte delle piante, distribuisce il calore e porta ossigeno ai pesci senza eliminare tutta la CO2. Io cerco di mantenere un movimento dell’acqua sufficiente solo per fornire ossigeno ai pesci.

Tutta la materia organica in acquario è essenzialmente un serbatoio di potenziale CO2. Esempi sono la melma del substrato e il carbonio organico disciolto (DOC) in acqua. Le attività di pulizia (cambi d’acqua, filtrazione con carbone, sifonatura del fondo, pulizia del filtro...) rimuovono la materia organica e la sua possibilità di fornire CO2. Pertanto io non pulisco le vasche o il filtro a meno che non sia necessario.