Piante vs. filtri (traduzione da Diana Walstad)

Scritto da Diana Walstad (trad. di Jack of all trades) il . Postato in Piante per acquario ed alghe

medaglia1 1° classificato al articoli concorso di Acquariofilia Facile

Aggiornato il 1 aprile 2018.


L'articolo che presentiamo è un estratto da ECOLOGY of the PLANTED AQUARIUM (Ecologia dell'acquario di piante), scritto nel 1999 dalla biologa Diana Walstad.

Originariamente pubblicato a parte con il titolo «Plants v. Filters - How Plants Help», è stato riproposto dall'autrice nel maggio 2017 con il titolo «Nitrogen Uptake in Aquatic Plants» (L'assorbimento dell'azoto da parte delle piante acquatiche) ed è scaricabile gratuitamente in inglese a questo indirizzo in formato pdf.

Cliccando sul link, troverete questa pagina:

sito diana


Avvertiamo che ci sono piccole differenze, tra le due versioni:

- La trattazione è stata riportata in versione integrale, ma le esigenze linguistiche ci hanno costretto talvolta a rivedere la punteggiatura.

- Inoltre, alcune immagini sono state impaginate in modo diverso, perché incompatibili con le funzioni grafiche offerte da questo portale.
Comunque, il loro posizionamento è stato curato attentamente, in modo da non compromettere la scorrevolezza del testo.

Ringraziamenti

Oltre a Jack of all trades per il lavoro di traduzione, dobbiamo ringraziare anche AtlasBook per aver reso pubblico l'articolo, e ovviamente Diana Walstad per averlo scritto.

Prima di lasciarvi alla lettura, è bene precisare che questo articolo non è un invito ad eliminare il filtro dall'acquario.
Konrad Lorenz ci riusciva, Diana Walstad anche...
...ma non tutti gli automobilisti possono guidare come piloti di Formula Uno.

Se qualcuno volesse provarci, consigliamo di aspettare che l'acquario abbia maturato un notevole equilibrio biochimico.

E adesso... Buona lettura!

(Introduzione di Rox)


Piante vs. Filtri


Ammonio e nitriti sono dannosi per la salute dei pesci.
La maggior parte degli acquariofili si affida ai filtri (“filtrazione biologia” o nitrificazione) per rimuovere queste tossine dall'acqua, ma non considerano le piante.

Persino gli appassionati con piante nel loro acquario sottostimano il loro ruolo nella purificazione dell'acqua, in quanto ritengono che consumino prevalentemente azoto in forma di nitrato.

Ma la verità è abbastanza differente.
Ricerche scientifiche hanno dimostrato, ripetutamente, che l'ampia maggioranza delle piante acquatiche preferisce nettamente l'azoto in forma di ammonio, piuttosto che in forma di nitrato.

Inoltre, preferiscono assumerlo per via fogliare dall'acqua, piuttosto che per via radicale dal substrato.
Perciò le piante possono -se ne hanno la possibilità- avere un ruolo da protagoniste nella purificazione dell'acqua.
Non sono semplici arredi, strumenti per l'aquascaping o nascondigli per gli avannotti.

Le Piante acquatiche preferiscono l'ammonio ai nitrati

È vero, molte piante terrestri, come i piselli e i pomodori, crescono meglio usando i nitrati -invece dell'ammonio- come fonte di azoto.
Di conseguenza molte persone, compresi botanici esperti di piante acquatiche, saltarono alla conclusione che anche le piante acquatiche preferissero i nitrati.

Al contrario, gli esperimenti mostrano che le piante acquatiche non sono come quelle terricole.
La maggior parte delle specie nella Tabella 1 preferisce l'ammonio; solo quattro i nitrati.


Inoltre, queste ultime quattro specie provengono da habitat che sono pressoché privi di nutrienti, a differenza del tipico acquario.

Il fatto che le piante preferiscano l'ammonio è davvero significativo.
Per esempio, quanto un'Elodea nuttallii è stata messa in un mix di ammonio e nitrati in parti uguali, la pianta ha rimosso il 75% dell'ammonio in 16 ore, lasciando invece i nitrati praticamente intatti (Fig 1).


Solo quando l'ammonio è finito, la pianta ha iniziato ad assorbire i nitrati.

Allo stesso modo, quando la lenticchia d'acqua gigante, Spirodela oligorrhiza, è stata coltivata in una soluzione nutritiva, contenente un mix di ammonio e nitrati, ha consumato rapidamente l'ammonio, ignorando quasi completamente i nitrati. (Fig. 2)

Poiché le piante, per questo particolare studio, sono state coltivate in condizioni sterili, la rimozione dell'ammonio non può essere stata opera della nitrificazione.
Inoltre, il ricercatore ha mostrato che le piante crescevano rapidamente durante lo studio, suggerendo quindi che l'assorbimento di azoto era dovuto al bisogno, da parte della pianta, di questo macronutriente.

Il consumo di nitrato richiede luce.
Per esempio, la Pistia stratiotes, al buio, consuma i nitrati con circa 1/3 del ritmo che ha quando è illuminata.

La luce, invece, non ha alcun effetto sull'assorbimento dell'ammonio: le piante lo assorbono allo stesso ritmo anche al buio.

L'assorbimento dei nitrati non avviene sino a quando le piante non sono forzate a farlo, cioè quando tutto l'ammonio è stato esaurito.
Anche allora c'è un ritardo, perché l'assorbimento dei nitrati deve essere indotto.
Pertanto, la Pistia stratiotes ha bisogno di 24h per raggiungere il suo massimo ritmo di consumo di nitrati.

L'ammonio, in realtà, inibisce l'assorbimento dei nitrati in una varietà di organismi, che include piante, alghe e funghi.
Per esempio, le alghe non consumano nitrati, se la concentrazione di ammonio è superiore a circa 0,02 mg/l.

L'assorbimento di nitrati della lenticchia d'acqua cessa immediatamente, quando l'ammonio viene aggiunto alla soluzione nutritiva.
Questo è un meccanismo di protezione, perché il consumo di nitrati assorbe energia.

La Tabella 2 mostra quanto più velocemente la Pistia stratiotes assorba l'ammonio, rispetto ai nitrati.

Le piante coltivate in soluzioni nutrienti, che contenevano 0,025 mg/l di azoto in forma di nitrato, hanno impiegato 18 ore per assorbirlo, ma solo 3,9 ore se l'azoto veniva fornito in forma di ammonio.

A concentrazioni più elevate di azoto, la differenza era ancora più netta.
Per esempio a 6,4 mg/l di azoto, il consumo di nitrati  richiedeva 44 ore, ma se l'azoto era in forma di ammonio solo 4,3 ore.

Il consumo di nitriti dalle piante

Anche se le piante possono usare i nitriti come fonte di azoto, la domanda pertinente agli
allevatori di pesci è: le piante acquatiche rimuovono i tossici nitriti prima dei non-tossici nitrati?

Non sono riuscita a trovare abbastanza studi, nella letteratura scientifica, per affermare con
sicurezza che lo facciano.
Comunque, le piante hanno bisogno di meno energia per assorbire e usare i nitriti, rispetto ai nitrati. Perciò non sorprende che quando una Spirodela oligorrhiza è stata coltivata in una soluzione contenente sia nitrati che nitriti abbia preferito i nitriti. (Fig 3)


Le piante acquatiche preferiscono assorbire l'ammonio per via fogliare

Se le piante acquatiche preferissero procurarsi l'ammonio per via radicale, dal substrato, piuttosto che per via fogliare dall'acqua, la loro abilità di rimuovere l'ammonio, e proteggere così il nostro acquario, sarebbe ridotta.
Fortunatamente per gli appassionati, le piante acquatiche sembrano preferire la via fogliare per assorbire l'ammonio.

Perciò, in esperimenti con la Zostera messa in una vasca suddivisa, quando l'ammonio è stato aggiunto al compartimento delle foglie, il consumo di ammonio per via radicale si è ridotto del 77%.
Invece, quando l'ammonio è stato aggiungo al compartimento delle radici, il consumo per via fogliare non si è ridotto.

Altri studi, con differenti piante acquatiche, sono in linea con questi risultati.

  • La Amphibolis antarctica consuma ammonio da 5 a 38 volte più velocemente dalle foglie, piuttosto che dalle radici;

  • Il Myriophyllum spicatum, piantato in un substrato contenente un'adeguata concentrazione di ammonio, cresce bene anche se questo non è presente in acqua.
    Tuttavia quando i ricercatori hanno aggiunto ammonio all'acqua (0,1 mg/l di azoto), le piante hanno assorbito più azoto dall'acqua che dal substrato;

  • Si è scoperto che molte piante acquatiche (Juncus bulbosus, Sphagnum flexuosum, Agrostis canina e Drepanocladus fluitans) consumano dal 71 all'82% di ammonio dalle foglie; le loro radici ne assorbono solo una piccola quantità.

Gli appassionati che usano tab fertilizzanti, per le piante acquatiche, dovrebbero apprendere la preferenza delle piante acquatiche per la via fogliare (in opposizione alla via radicale) per assorbire l'ammonio.
Negli acquari, l'ammonio generato dai pesci nell'acqua può essere pienamente sufficiente
al fabbisogno di azoto delle piante.

Inoltre qualsiasi azoto aggiunto ai substrati, come tab fertilizzanti, può avere conseguenze negative e inaspettate.
Per esempio, quando io aggiunsi fertilizzanti contenenti nitrati, ad un substrato di terriccio, il pesce ebbe un'intossicazione da nitriti. (I batteri del substrato avevano convertito i nitrati in tossici nitriti, e questi nitriti sono giunti nell'acqua).


Nitrificazione vs. piante

I batteri nitrificanti dei filtri biologici prendono l'energia di cui hanno bisogno, per i loro processi
vitali, esclusivamente dall'ossidazione dell'ammonio in nitrati.
L'energia totale che guadagnano per i due step della nitrificazione è 84 Kcal/mol.
Complessivamente la reazione si presenta così:

NH4+ + 2O2 ⇒ NO3- + H2O + 2H+

Tutte le piante usano azoto in forma di ammonio -non nitrato- per produrre i loro amminoacidi e proteine.
Se una pianta assorbe nitrati, deve convertirli in ammonio in un processo richiedente energia, chiamato “riduzione dei nitrati”.

Essenzialmente le piante devono usare, per convertire i nitrati in ammonio, la stessa quantità di energia (83 Kcal/mol) che i batteri avevano guadagnato (dall'ossidazione dell'ammonio).
I due step per la riduzione dei nitrati si presentano così, nel complesso:

NO3- + H2O + 2H+ ⇒ NH4+ + 2O2

L'energia richiesta dalle piante, per ridurre i nitrati in ammonio, è significativa; è equivalente al 23% dell'energia ottenuta dal metabolismo del glucosio.
Perciò, se i batteri nitrificanti convertono tutto l'ammonio disponibile in nitrati, le piante saranno forzate -con dispendio di energia- a convertire tutti i nitrati in ammonio.

Ciò spiega perché i ricercatori abbiano dimostrato che molte specie di piante crescono meglio con l'ammonio (o una soluzione di ammonio e nitrati), invece che con soli nitrati.

Il ciclo dell'azoto è spesso rappresentato in modo sbagliato dagli acquariofili, con i batteri nitrificanti che convertono ammonio in nitrati, poi con le piante che assorbono i nitrati.
In realtà consiste nella competizione di piante e batteri per l'ammonio. Le piante assorbiranno i nitrati solo quando saranno forzate a farlo.

Di conseguenza i nitrati possono accumularsi negli acquari, anche se vi è un'ottima
crescita delle piante.
La filtrazione biologica può provocare problemi negli acquari, in quanto la nitrificazione (vedi
sopra) genera acidità e consuma ossigeno.
Ogni molecola di ammonio convertita in nitrati consuma automaticamente due molecole di ossigeno (O2) e genera due ioni H+ che acidificano l'acqua.

In vasche che ho avuto precedentemente, senza piante (o con scarsa crescita di queste), l'acqua spesso diventava un po' acida.
Da quando ho favorito una buona crescita della flora nei miei acquari, non ho mai avuto problemi di acidità.

In acquari senza piante la filtrazione biologica è essenziale per proteggere i pesci dall'ammonio.
Tuttavia non lo è se vi sono delle piante.
Mi sono stupita della piccola filtrazione richiesta nei miei acquari con piante.

Quando ho rimosso le spugne a grana fine, dal mio filtro esterno, i pesci non
ne hanno risentito. E non hanno avuto problemi nemmeno quando ho tolto tutti i filtri, lasciando solo delle pompe per far circolare l'acqua.

Sono arrivata alla conclusione che la filtrazione biologica è totalmente superflua -e forse dannosa- nei miei acquari con piante.

Le piante acquatiche rimuovono velocemente l'ammonio dall'acqua, poiché lo preferiscono di gran lunga ai nitrati come fonte di azoto.
Inoltre lo rimuovono in poche ore, sia di giorno che di notte.

Le piante sono salutari per i pesci in molti modi: producono ossigeno, purificano il substrato, consumano CO2 e stabilizzano il pH.
Comunque, la rimozione rapida dell'ammonio -senza gli effetti collaterali della nitrificazione- è un beneficio importante, che è sottostimato dagli acquariofili.

Spero che questo articolo fornisca una ragione valida per tenere piante negli acquari.

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