Una sintesi di «Ecologia dell'acquario di piante»

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

Capitolo VIII. Il fondo 

Il normale terriccio usato in acquario è una forte barriera ideologica per molti appassionati. Qui sto parlando dei terricci che i giardinieri usano per crescere le piante ordinarie nei giardini e nei vasi (non sto parlando di sottosuolo, vermicullite, argilla ceramica, lettiera per gatti o ghiaia).

Credo che i rischi di cui si sente parlare per l'utilizzo del terricio in acquario siano esagerati. Se un terreno è in grado di supportare la crescita delle piante terrestri, siano esse erbacce o fiori, allora può far crescere le piante acquatiche. E i problemi che a volte i terriccicausano sono generalmente temporanei e possono essere aggirati.

Certamente utilizzare un terriccio sconosciuto in acquario comporta rischi. Anche se il terriccio è adatto può ancora non funzionare (ad esempio può essere un disastro se accoppiato a illuminazione insufficiente o piante non adatte). Tuttavia il metodo comune che prevede l’utilizzo di ghiaia lavata garantisce quasi sempre il fallimento nella coltivazione della piante in acquario.

A. I componenti del terriccio e i sedimenti

I terricci (terrestri) e i sedimenti (acquatici) sono costituiti da: (1) particelle minerali; (2) materia organica; (3) materia inorganica precipitata; (4) microrganismi.

1. Le particelle minerali

I quattro elementi più comuni sulla terra, ossigeno, silicio, alluminio e ferro, formano la «spina dorsale» (sabbia, limo e argilla) di tutti i terreni. Sabbia, limo ed argilla sono differenti non solo nelle dimensioni, ma anche nella composizione.

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2. La materia organica

La materia organica è di origine biologica. I resti di alghe, batteri, piante, foglie morte e pesci decomposti costituiscono la tipica materia organica dei sedimenti. Sebbene la sostanza organica può rappresentare solo una piccola frazione del peso di un terreno, forse solo 2%, può coprire il 90% della superficie del suolo.

La materia organica si decompone in sostanze umiche (cioè «humus»), che hanno molteplici cariche negative che attraggono e legano cationi nutrienti come Fe3+ e Cu2+.

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3. La materia inorganica precipitata

La materia inorganica precipitata proviene da organismi, come il silicato di calcio dai gusci delle diatomee. Negli acquari nei quali c'è un ingresso continuo di mangime per i pesci ci potrebbero essere grandi depositi di fosfati insolubili di ferro, fosfati di calcio e carbonati di calcio. Ad esempio, la maggior parte dei mangimi contiene «farina di pesce» che, a sua volta, contiene il fosfato di calcio delle ossa e dei denti del pesce. Questo fosfato di calcio passa intatto attraverso l'intestino dei pesci e si accumula nel fondo dell'acquario come parte della melma.

4. I microrganismi

La superficie del fondo, in confronto all'acqua sovrastante, è sede di molti microrganismi. Ad esempio è dimostratro che i sedimenti lacustri contengono circa un miliardo di batteri per grammo di sedimento. E i batteri nei filtri sotto sabbia di acquari avviati da tempo, sia marini che di acqua dolce, sono in numero di circa 10 milioni per grammo di sabbia.

I fondi acquatici non contengono solo i batteri, ma anche protozoi, funghi, alghe, e lieviti.

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B. Le caratteristiche dei terricci e dei sedimenti

1. Il legante dei nutrimenti

Le particelle del terriccio, in particolare quelle di argilla, sono sempre a carica negativa. Poichè l'interno è caricato negativamente, la parte esterna attrae e lega i cationi, compresi importanti nutrienti vegetali come Ca2+, NH4+, Mg2+ e K(i cationi sono atomi o piccole molecole con carica positiva).

L’argilla ha una superficie 10.000 volte maggiore rispetto alla sabbia e questo dà all’argilla una maggiore capacità di legare i nutrimenti rispetto alla sabbia. Così solo l’argilla e l’humus, non la sabbia o il limo, contribuiscono significativamente alla capacità del terreno di legare i cationi.

Il legame dei cationi nel terriccio mantiene i nutrienti nel fondo senza rilasciarli in acqua. Inoltre le particelle del terriccio possono anche attirare i nutrienti, come il rame, dall'acqua sovrastante e legare i nutrienti con carica negativa, gli «anioni», come i fosfati.

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Questo fa sì che i sedimenti contengano tipicamente concentrazioni di fosfatimolto più elevate rispetto all'acqua sovrastante. Ad esempio, in stagni di acquacoltura utilizzati per l'allevamento commerciale di pesci e gamberi vi è spesso una grande disparità tra la concentrazione di fosforo in acqua e nei sedimenti. In uno stagno l’acqua sovrastante conteneva pochissimo P, solo 0,04 ppm; al contrario, vi eraro 1.000 mg di P nel fondo per ogni kg di sedimento (1000 ppm). Si potrebbe dire che il terreno aveva una concentrazione P 25.000 volte superiore a quella dell'acqua (figura VIII-4).

Figura VIII 4Immagine originale tratta dal libro

Figura VIII-4. Distribuzione dei fosfati (P) in un laghetto. Ridisegnato da Boyd [Boyd 1995, p.94.] e utilizzato con gentile concessione da Kluwer Academic Publishers.

Alcuni elementi nutritivi, in particolare micronutrienti come Fe2+, Zn2+ e Cu2+, si legano ai DOC (carbonio oganisco disciolto) nella soluzione del fondo. Questo legame incoraggia l'assorbimento dei nutrienti dalle radici delle piante (nutrienti che, se legati a sostanze umiche e acidi organici, sono molto più disponibili per le piante che se fossero rinchiusi in ossido di metallo precipitato).

I nutrienti come fosfato, rame, molibdato e zinco sono spesso bloccati nell’ossido di metallo precipitato. Le piante possono recuperare questi elementi con la respirazione delle radici: la CO2 rilasciata dalla respirazione alla punta della radice acidifica la soluzione del suolo, che dissolve lentamente gli elementi precipitati.

2. La natura anaerobica dei fondi

Un tema comune che attraversa le discussioni sulla fertilità o tossicità dei fondi è il fatto che siano «aerobici» o «anaerobici». Sicuramente i sedimenti naturali (e i fondi dell’acquario) sono privi di ossigeno, quindi il termine «anaerobico», cioè senza ossigeno, è essenzialmente privo di significato. I sedimenti anaerobici, però, differiscono per la loro capacità di accettare elettroni.

Ad esempio, un fondo con un sacco di materia organica fresca ed un pH neutro favorisce l'attività batterica ed il rilascio di elettroni. Tale fondo accumula elettroni e, quindi, ha una capacità minore di accettare nuovi elettroni. Al contrario, un fondo di sabbia con meno materia organica accumula meno elettroni e quindi ha una maggiore capacità di accettarne di nuovi. Mentre entrambi i fondi possono essere allo stesso modo privi di ossigeno, quello organico ha probabilmente un «Redox» molto più basso rispetto al fondo sabbioso.

Il Redox, o potenziale di ossidoriduzione, è la descrizione precisa e numerica della capacità di una soluzione di accettare elettroni. È semplicemente la differenza di tensione (espresso in millivolt o mV) tra un elettrodo di platino e un elettrodo a idrogeno preso a riferimento e posto in una soluzione.

Il rapporto tra Redox e accettori di elettroni in un acquario di piante ipotetico può essere descritto come segue: poiché l'acqua dell'acquario deve avere ossigeno per i pesci deve essere ricca di accettori di elettroni (cioè, l'ossigeno) e, quindi, ha un Redox elevato (+800 mV). Questo cambia bruscamente quando ci si sposta nel fondo. All'interno dello strato di ghiaia i batteri aerobici hanno utilizzato la maggior parte dell'ossigeno, tanto che il Redox è diminuito da + 800 a +200 mV. Anche se questo strato è povero di ossigeno, è ancora ricco di accettori di elettroni efficienti come i nitrati, che molti batteri utilizzano prontamente. Procedendo verso il basso sotto la superficie di ghiaia, però, gli accettori di elettroni diminuiscono sempre di più. Nella parte inferiore dello strato di terreno il Redox può essere diminuito a quasi -200 mV. Qui i batteri specializzati utilizzano i solfati o la materia organica per accettare elettroni nei vari processi di fermentazione.

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I sedimenti con un alto Redox non sono ideali. Ad esempio, quando i ricercatori hanno portato il Redox dei sedimenti in diversi laghi della Norvegia da 250 mV a 50 mV, i nutrienti sono stati rilasciati nell'acqua dai sedimenti e la crescita delle piante acquatiche è stata 13 volte maggiore.

Allo stesso modo un Redox del fondo troppo basso (inferiore a -100 mV) non va bene per le piante. Le radici possono essere costrette ad utilizzare la fermentazione, un processo molto inefficiente, per ottenere la loro energia. Il solfuro di idrogeno e i metalli pesanti possono anche diventare un problema. Un ricercatore ha concluso che un Redox nel sedimento compreso tra +70 e + 120 mV è ottimale per le piante.

3. La microzona ossidata mantiene nutrienti e tossine nei sedimenti

La microzona ossidata è lo strato superficiale dei sedimenti e separa l'ambiente dei sedimenti dall'acqua aerobica sovrastante. Anche se può essere spessa solo pochi millimetri è di fondamentale importanza. In primo luogo, impedisce ai nutrienti di diffondersi nell'acqua sovrastante...

In secondo luogo, nella la microzona ossidata c’è una dilagante attività batterica della quale beneficiano gli ecosistemi acquatici (inclusi gli acquari). Qui vari batteri neutralizzano l’ammonio e il solfato di idrogeno generato nei sedimenti inferiori ed impediscono a queste tossine di entrare nell’acqua sovrastante. Gli ossidanti del metano convertono il metano in CO2 che le piante possono utilizzare. I batteri eterotrofi convertono la materia organica in sostanze nutritive che le piante possono utilizzare.

Se questo strato superficiale è anaerobico anziché ossidato (con ossigeno), può causare problemi negli ecosistemi acquatici.

4. La stabilità dei sedimenti nei fondi sommersi

I sedimenti dei fondi che sono rimasti sommersi per lungo temposono molto stabili in termini di Redox e pH. Per esempio, uno studio sugli effetti delle piogge acide ha mostrato che, anche quando il pH dell'acqua è stata abbassato a 5,0 per 60 giorni, i sedimenti mantenevano il loro pH alcalino.

Un pH neutro nel fondo è auspicabile. Se il pH è troppo alto si formano ossidi metallici e i nutrienti come il ferro diventano meno disponibili per le piante. Se il pH è troppo basso c'è troppo solubilizzazione degli ossidi metallici che rilasciano alluminio, ferro, ecc. nell'acqua dai sedimenti, con conseguente tossicità di metalli per le piante. Un pH di 6,6 nei sedimenti è considerato ideale per le piante; rappresenta un equilibrio tra la disponibilità dei nutrienti e la tossicità dei metalli.

Gran parte della letteratura scientifica sulla tossicità dei terreni inondati si basa su studi a breve termine relativi a terreni saturi d'acqua o allagati. In effetti, la sommersione iniziale di un terreno terrestre scatena un gran numero di reazioni chimiche e biologiche che possono essere dannose per piante e pesci. Tuttavia, se il terreno rimane sommerso, queste reazioni rallentano ed il terreno comincia a stabilizzarsi nel giro di pochi mesi. Alla fine, il pH diventa neutro e il Redox smette precipitare. Questa stabilità è dovuta sia le forze biologiche e chimiche.

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D. I terricci ed i sedimenti per la coltivazione di piante acquatiche

I ricercatori hanno ripetutamente dimostrato che le piante acquatiche crescono molto meglio nei sedimenti o nel terriccio rispetto alla sabbia. I botanici acquatici possono utilizzare sedimenti inorganici con struttura fine contenenti prevalentemente limo o terricci ricchi di sostanze organiche. Ad esempio, 6 specie di piante acquatiche sono cresciute da 2 a 7 volte più velocemente in una miscela di sabbia, terreno per orticoltura e terriccio di foglie (in parti uguali) rispetto alla sabbia pura. E un ricercatore ha utilizzato 3 parti di terriccio e 1 parte di terriccio di foglie per crescere con successo la «difficile» Cryptocoryne.

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Nella maggior parte dei casi la fertilizzazione del fondo sembrava essere sia dannosa che poco utile. La crescita migliore delle piante (nelle stesse condizioni che abbiamo in acquario) spesso non sembra avvenire nel terreno più fertile, ma in quello meno tossico.

E. Il problemi dei sedimenti ed i fondi sommersi

I sedimenti anaerobici saturi d'acqua presentano numerosi problemi per le piante acquatiche come la tossicità da metalli pesanti, l’idrogeno solforato [ndr: acido sulfidrico], potenziale Redox basso e gli acidi organici.

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F. L’effetto delle piante acquatiche sui fondi

Tutte le radici delle piante rilasciano ossigeno e composti organici come parte del loro funzionamento normale. Questo rilascio favorisce l'attività batterica nella rizosfera, l'area di sedimento che circonda le radici (per circa 1-2 mm). Infatti i batteri responsabili della trasformazione dell’ammoniaca e la riduzione dei nitrati sono risultati più numerosi in questa zona in piante acquatiche come l’Azlyriophyllum heterophyllum (ndr: Myriophylum heterophylum) rispetto ai sedimenti della zona circostante.

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Così l'evidenza suggerisce che le radici delle piante hanno un forte impatto sull'ecologia dei sedimenti, stimolando il trattamento e il riciclo dei nutrienti e delle tossine. Senza il normale rilascio di ossigeno e composti organici dalla radice delle piante acquatiche il fondo potrebbe diventare una «zona morta» di melma. I laghetti per acquacoltura dimostrano i problemi di un fondo senza piante con radici. Questi laghetti, che sono progettati per allevare pesci e gamberetti commercialmente, hanno il fondo di terriccio e alghe sospese, ma di solito non hanno piante acquatiche con radici. Uno dei principali problemi dei laghetti di acquacoltura è che i fondi di terriccio si deteriorano nel tempo e devono essere rimossi grandi accumuli di melma. A quanto pare, la superficie del sedimento diventa sempre più anaerobica dopo pochi anni e perde la sua microzona ossidata. Gli studiosi di aquacoltura hanno notato che, anche se l'acqua sovrastante è stata sufficientemente ossigenata, quando la superficie del terriccio del laghetto diventa anaerobica la crescita dei pesci è rallentata. I pesci non mangiano cibo in questi vecchi sedimenti anaerobici come farebbero nei nuovi sedimenti più aerobici. Forse l'acqua viene purificata e ossigenata dalle alghe, ma il substrato, senza piante con radici, non lo è; ed probabile il suo deterioramento nel tempo.

G. I fondi negli acquari

Nella mia esperienza, le vasche con fondi di sola ghiaia sono senza speranza per la coltivazione di piante. Quindi, dato che le piante non crescono bene, la ghiaia deve essere sifonata e potrebbe nascerere un problema con le alghe.

Io uso un substrato di terriccio in tutti i fondi dei miei acquari. Questo perché per me funzionano bene e sono in linea con il mio ideale di acquario in cui cerco di riprodurre, almeno in parte, l’ambiente naturale. Il terriccio è particolarmente utile per le piante all’inizio, quando la vasca è allestita e ha un basso contenuto di nutrienti. Il terriccio fornisce alle piante un apporto di sostanze nutritive concentrato per le radici sin dal «primo giorno». Questo le fa partire bene all’inizio, quando ne hanno bisogno per competere con le alghe. Inoltre, la decomposizione della materia organica del suolo rilascia CO2 di cui le piante hanno bisogno in una nuova vasca. Ci si aspetta che il terriccio con abbondante materia organica assicuri sufficiente CO2.

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4. Gli additivi della ghiaia

Molti appassionati con acquari «high-tech» coltivano le piante in modo efficace utilizzando additivi commerciali nella ghiaia (una piccola parte di queste sostanze è mescolata con lo strato inferiore di ghiaia quando la vasca è allestita).

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Gli additivi della ghiaia come la laterite sono stati progettati per acquari che prevedono l'inserimento artificiale della CO2, la circolazione dell’acqua nel fondo e la fertilizzazione con macronutrienti. Con queste condizioni, la laterite supporta un’eccellente crescita delle piante. In generale, gli acquariofili con vasche «high-tech» usano la laterite; quelli con vasche «low-tech» come le mie, il terriccio. L'idea che un additivo per ghiaia commerciale sia più affidabile e comporti meno rischi del terriccio o della terra di giardino è interessante. Tuttavia, molti appassionati che utilizzano vari additivi per la ghiaia hanno segnalato problemi come l’annebbiamento incontrollata dell’acqua, il deterioramento del substrato e la morte dei pesci che si alimentano sul fondo. Quindi, a mio parere, non c'è alcuna garanzia che un additivo della ghiaia, solo perché proviene da una confezione costosa invece che da una pala da giardino, comporti meno rischi rispetto al terriccio comune.

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5. Il fondo si degrada nel tempo?

I fondi senza piante con radici e senza filtri sottosabbia si degradano con il tempo. Man mano che raccolgono sostanze organiche diventano sempre più anaerobici e rilasciano tossine che uccidono i pesci. Tuttavia gli acquari con fondi di terriccio e piante con radici sembrano fare bene indefinitamente senza alcuna manutenzione (ad esempio la sifonatura della ghiaia).