Dubbi su articolo "I composti dell'azoto in un acquario senza filtro"

[Humboldt]

Cari...
riapro la questione rispondendo a queste due domande di @nicolatc (anche se con molto ritardo ^:)^ ). Contemporaneamente, approfitto di queste due risposte per introdurre alcuni fatti che, rileggendo le mie insane elucubrazioni , mi ero dimenticato di riportare, ma che ritengo utili ad affrontare l'argomento del topic.

2) Quando un batterio muore, l'azoto assorbito per DNA e RNA torna in circolo nell'acquario, vero?

Si, le molecole vengono degradate con processi biochimici specifici; come del resto per tutta, o quasi, la sostanza organica libera.

3) Quanto azoto totale potrebbero "assorbire" questo miliardino di batteri invisibili fino al raggiungimento del numero adeguato al cibo presente?

Rispondo a questa domanda indirettamente.
Tutti noi sappiamo che le esigenze delle piante sono dettate principalmente da questi rapporti tra gli elementi (copio dall'articolo del PMDD):
Il 96-97% è formato da tre soli elementi:
Ossigeno: 44 - 47%
Carbonio: 43 - 45%
Idrogeno: 6 - 7%

1) Macronutrienti:
Azoto:............... 1.4 - 1.7%
Potassio:............ 1.0 - 1.5%
Calcio:................ 0.4 - 0.7%
Magnesio:........... 0.2 - 0.4%
Fosforo:.............. 0.2 - 0.3%
Zolfo:................. 0.1 - 0.2%

2) Microelementi:
Ferro:................. 0.01 - 0.03%
Cloro:................. 0.01 - 0.02%
Manganese:........ 0.005 - 0.01%
Boro:................. 0.002 - 0.008%
Zinco:................ 0.002 - 0.005%
Molibdeno........ 0.001 - 0.003%

L'articolo, giustamente, afferma che " tutti i fertilizzanti che mettiamo in acquario fanno solo il 3 - 4% del peso secco delle nostre piante."

Ora vediamo come variano questi elementi costitutivi in una tipica cellula batterica (parliamo sempre di peso secco):
Carbonio: 50%
Ossigeno: 20%
Azoto: 15%
Idrogeno: 8%
Fosforo: 3%
Zolfo: 1%
segue poi una lunghissima lista di zero virgola.

Dall'elenco emerge che per ogni atomo di carbonio ci sono 0.3 di azoto o se preferite per ogni 10 di C ci sono 3 di N

Infatti, la composizione chimica in termini di macromolecole (sempre peso secco) di cellule di Escherichia coli (i batteri che noi ci portiamo a decine di miliardi nel nostro intestino) fatte replicare in condizioni ottimali:
Proteine 55%
RNA 20,5%
DNA 3%
Lipidi 9%
Liposaccaridi 3,4%
Peptidoglicano 2,5%
Glicogeno 2,5%
(ioni inorganici e metaboliti) 4,1%

in neretto ho evidenziato dove centra l'azoto.

E' chiara la risposta alla domanda di @nicolatc

Nelle piante abbiamo per ogni atomo di carbonio 0,03 atomi di azoto o se preferite per ogni 10 di C ci sono 0,3 di N

Ora prendiamo i nostri cari batteri nitrificanti; diversi studi in natura hanno calcolato un rapporto C/N che varia tra 0,22 e 0,48
Quindi in condizioni ottimali (vedi filtro) si può arrivare ad avere batteri in cui ogni 10 di C ci sono 5 di N...
Stì farabutti

[nicolatc]

Grazie mille per la risposta! ^:)^

Il dubbio che avevo però non era tanto sulla percentuale di azoto che costituisce i batteri rispetto agli altri loro elementi costitutivi.

Ipotizziamo pure che siano fatti al 100% di azoto

Il mio dubbio era questo: quanto azoto totale sarà quindi sparito dalla vasca per costituire la massa di questi minuscoli batteri perfino nel notevole numero che raggiungono a regime (tra nuove nascite e nuove morti), numero a regime più o meno costante che sarà adeguato al cibo disponibile? (i morti non dovrebbero contare perché gli elementi costituenti tornano in circolo).

In altre parole, ritenevo che queste colonie, benché in piccola parte effettivamente eliminate periodicamente dal sistema grazie alla pulizia/sostituzione periodica della lana filtrante e pulizia delle spugne, fossero poco rilevanti e non misurabili in termini di mg/l di azoto in più da dover periodicamente "reintegrare" nell'acquario con filtro per nutrire le piante, al contrario del senza filtro dove non c'è pulizia periodica. Per me era una differenza non rilevabile, se non magari in termini di microgrammi al litro.

1) In realtà, a parte la rilevanza o meno dell'azoto costituente la "massa batterica" che viene periodicamente eliminata dal sistema, pulendo spugne e sostituendo ovatta oltre ad una parte dei batteri eliminiamo comunque molta materia organica in decomposizione (residui di foglie, escrementi ecc), quindi comunque eliminiamo altro azoto oltre a quello contenuto nelle cellule batteriche, e forse anche dagli effetti più constatabili (così come per gli altri elementi eliminati). Quindi il discorso della maggior richiesta di azoto nei CF può avere una certa logica.

2) Se a questo aggiungiamo la maggior denitrificazione ad opera degli eterotrofi che avviene in certe zone anossiche del filtro (che non avviene invece nei SF), abbiamo altro azoto che esce fuori dal sistema in forma gassosa (in questo caso solo azoto, gli altri elementi non c'entrano).
Anche per questo secondo punto non sono certo della "entità" e della rilevanza dell'azoto che sparisce effettivamente dalla vasca in forma gassosa grazie alla denitrificazione presente (che dipenderà da tante cose, incluso il tipo di filtro e dei materiali filtranti), e avevo anche idea che una parte di denitrificazione avvenisse pure nei SF, assottigliando le differenze, ma Gery assicura che l'entità è consistente nei CF e assente nei SF.

In realtà (chiedo conferma a @Gery o forse @Giueli che mi sembra ne parlò) dovrebbero esistere anche diversi batteri eterotrofi che denitrificano non formando azoto gassoso (cosa che a quanto pare avviene esclusivamente in zone prettamente anossiche), ma lavorando esattamente al contrario dei nitrificanti, cioè trasformando nitrati in ammonio/ammoniaca. Se questo fosse vero, il loro lavoro potrebbe essere svolto sul fondo dei SF così come in certe zone del filtro dei CF, probabilmente senza dover per forza avere condizioni anossiche, basterebbe avere "scarso" ossigeno. E se questo tipo di eterotrofi fossero presenti in numero maggiore nei SF (sul fondo), allora anche la loro attività giustificherebbe la minor presenza di nitrati nel SF (oltre al fatto che ci sono meno batteri nitrificanti o che comunque la loro attività è inferiore).


Comunque, credo che abbiamo trovato un paio di giustificazioni valide al differente comportamento osservato in alcune vasche SF (rispetto a CF), differenze più o meno accentuate da caso a caso, come è ovvio che sia.
Entrambe presuppongono che dell'azoto (ed eventualmente altri elementi) esca definitivamente dal sistema.

A questo punto la modifica all'articolo, oltre a specificare che la competizione nei CF non avviene sull'azoto in generale ma sull'ammonio/ammoniaca, e che quella lavorata dai batteri (non mangiata) nei CF torna comunque in vasca in forma di nitrati ancora a disposizione delle piante per cui si può tranquillamente fertilizzare con azoto se si notano carenze, si potrebbe anche aggiungere che nei SF la richiesta di azoto potrebbe risultare comunque inferiore per i 2 motivi sopra indicati (assenza di pulizia periodica materiale filtrante meccanico e assenza di denitrificazione).

I motivi potremo anche evitare di specificarli, basterebbe un "caveat"

[Sini]

A questo punto la modifica all'articolo, oltre a specificare che la competizione nei CF non avviene sull'azoto in generale ma sull'ammonio/ammoniaca, e che quella lavorata dai batteri (non mangiata) nei CF torna comunque in vasca in forma di nitrati ancora a disposizione delle piante, per cui si può tranquillamente fertilizzare con azoto se si notano carenze, si potrebbe anche aggiungere che nei SF la richiesta di azoto potrebbe risultare comunque inferiore per i 2 motivi sopra indicati (assenza di pulizia periodica materiale filtrante meccanico e assenza di denitrificazione).

I motivi potremo anche evitare di specificarli, basterebbe un "caveat"
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Appena ho tempo posto una bozza...

[Artic1]

ma Gery assicura che l'entità è consistente nei CF e assente nei SF

Qui ho contestato io, facendo notare che in un SF per colpa di una minore circolazione dell'acqua co sono molte zone anossiche anche nel fondo. Se il fondo è drenante non danno comunque i grossi problemi che invece si possono avere con fondi troppo compatti

In ogni caso: denitrificazione (che avviene in entrambe le vasche in modo marginale), massa batterica e eliminazione dei detriti del filtro... Non giustificano in alcun modo un minor consumo di azoto in vasche SF ("senza filtto" per chi legge solo ora). Io torno a ripetere che se togliete la CO₂ assieme al filtro avete più che dimezzato la crescita (e quindi il consumo) vegetale.
Se la CO₂ l'avete tenuta, avete comunque una minore efficacia di distribizione per l'assenza di circolazione dell'acqua...

Può certamente esserci un minore consumo, come dice @Gery ma io personalmente credo (a parere prettamente personale) che non sia quantificabile in modo così marcato.

[nicolatc]

Qui ho contestato io,

Lo so!

Io torno a ripetere che se togliete la CO₂ assieme al filtro avete più che dimezzato la crescita (e quindi il consumo) vegetale.
Se la CO₂ l'avete tenuta, avete comunque una minore efficacia di distribizione per l'assenza di circolazione dell'acqua...

In entrambi i casi ipotizzi una minor crescita. Se così fosse, è ovvio che il SF richiede meno azoto, anzi richiede meno di tutto.

Cercavo però di darmi una spiegazione al comportamento nelle vasche di Cicerchia dove anche le potature successive all'eliminazione del filtro sembrano essere state uguali in quantità e frequenza (cioè: crescita uguale, non minore), con pari somministrazione di elementi micro e macro ad eccezione del solo azoto!
Qui l'unica spiegazione possibile è un'eliminazione definitiva di azoto dal sistema acquario nel CF, che non ci sarebbe nel SF.

Però potrebbe essere come ha detto anche lui che la crescita non fosse proprio uguale dopo aver tolto il filtro, anche considerando che andava ad intuito sulla carenza senza monitorare con i test un determinato valore di riferimento.
Forse se inizialmente gli altri fertilizzanti li ha dosati come faceva quando aveva il filtro, magari si saranno anche un po' accumulati e quindi li avrà leggermente diminuiti successivamente, non saprei... Poi non è facile determinare le differenze tra le due gestioni con tutte le variabili che possono entrare in gioco (altre eventuali carenze, luci ecc) per un periodo di tempo limitato o molto lungo...

Anche Monica tolto il filtro nell'estate 2017 ha avuto una gestione iniziale senza azoto fino a inizio 2018 (nonostante abbia continuato ad erogare CO₂ e fertilizzare gli altri nutrienti come faceva prima): magari ha funzionato per un po', non so se le potature fossero identiche, ad ogni modo adesso sembra tornata simile alla gestione con filtro (somministrazione regolare di azoto, per quanto regolare in stile "AF").


Se fosse come dici, nell'articolo oltre alla correzione sulla competizione (che nel CF è solo sull'ammoniaca), l'avvertimento sull'eventuale minore richiesta di azoto e altri elementi nel SF non sarebbe legata alla (a questo punto ininfluente) loro eliminazione definitiva dal sistema nel CF, ma semplicemente ad uno sviluppo leggermente più lento, più soft nel SF rispetto al CF (solo inizialmente o per un tempo un po' più prolungato).

O forse, l'eventuale minor richiesta nel SF potrebbe essere causate da entrambe le cose: un possibile leggero rallentamento generale dello sviluppo nel SF rispetto al CF, e in misura inferiore una eliminazione periodica (pulizia filtro) e costante (denitrificazione) di azoto e altri elementi nel CF.
La accendiamo?

[Humboldt]

Il dubbio che avevo però non era tanto sulla percentuale di azoto che costituisce i batteri rispetto agli altri loro elementi costitutivi.

Ho cercato di rispondere a questa domanda...

3) Quanto azoto totale potrebbero "assorbire" questo miliardino di batteri invisibili

[nicolatc]

Ho cercato di rispondere a questa domanda...

Non capisco.

Per sapere se l'azoto di cui sono costituiti i batteri che eliminiamo ogni 3 mesi (con la sostituzione dell'ovatta) ci costringe ad inserire ad esempio 5 mg/l di azoto in più al mese rispetto ad un acquario senza filtro a parità delle altre condizioni, dovremmo quantificare l'azoto totale che costituisce questi batteri nell'ovatta!

Quindi dovremmo innanzitutto conoscere la massa di un singolo batterio.
Ipotizziamo 1 picogrammo come per l'Escherichia coli, quindi 10^-9 milligrammi.
Questo numero va diviso per circa 3 perché due terzi della loro massa è acqua, e a noi interessa il peso secco.
Poi dobbiamo moltiplicare per la frazione della loro massa che è azoto, facciamo il 15% di azoto come hai scritto.

L'azoto contenuto in un singolo batterio si riduce quindi a circa 10^-11 mg

Ora dovremmo conoscere anche il numero di batteri nel filtro, ed ipotizzare la frazione di questi batteri contenuta nell'ovatta e nella spugna.
Sappiamo che il vero filtro biologico sono i cannolicchi, nell'ovatta la superficie è decisamente inferiore e di conseguenza la popolazione è minore.
Ipotizziamo che in un filtro di dimensioni "generose" siano 1 bilione in tutto il filtro, di cui 10 miliardi nell'ovatta (10¹⁰).

Moltiplicando quindi la massa di azoto di un singolo batterio per il numero di batteri nell'ovatta, risulta che con il cambio di ovatta perderemmo 0,1 mg di azoto ogni 3 mesi.
In un acquario di 100 litri questo significa che perdiamo 1 microgrammo/litro nell'arco di tre mesi.

Nelle ipotesi che ho fatto, quindi, la perdita sarebbe irrilevante e ininfluente, non sufficiente a comportare la maggior necessità di fertilizzazione di azoto, dell'ordine dei mg/l al mese, dell'acquario con filtro rispetto al senza filtro.

Ovviamente non ho il dato dei batteri nel filtro quindi le mie sono ipotesi un po' a caso. Se tu avessi dati più precisi, potremmo capire se la massa batterica eliminata periodicamente può essere un fenomeno rilevante o irrilevante.

[blucenere]

Mi sento di sottolineare un fatto.
Gli acquari presi in considerazione non partono dalle medesime condizioni iniziali, non hanno tutti lo stesso fondo, la stessa fauna, la stessa flora, la stessa età e
la stessa storia.
Quando li paragonate dovete fare attenzione.
I casi particolari non invalidano necessariamente un'ipotesi perché non stiamo parlando di sistemi controllati, di cui conosciamo tutte le variabili.
Pesci diversi richiedono diverse quantità di cibo e producono quantità diverse di scorie, piante diverse assorbono diversamente ed ogni filtro ha una sua efficienza.
In una situazione vaga come questa si può solo dare una risposta che non potrà essere assoluta.
Comprendere i processi alla base è importante, ma senza un vero e proprio esperimento scientico controllato, credo che andar dietro ai casi particolari possa essere fuorviante.

Aggiunto dopo 12 minuti 35 secondi:
Un esperimento scientifico volto a testare un'ipotesi ha una confidenza data dai parametri controllati, le incertezze sulle misure e possibili risultati fuori scala (eccezioni). In base a ciò, puoi affermare che la tua ipotesi è corretta al 30%, 50% o 90% e solo quando la confidenza è alta puoi affermare di "essere ragionevolmente sicuro"

[nicolatc]

Certamente.

Ad esempio, se volessimo considerare anche quanto detto da Cicerchia sul fatto che comunque prima di togliere il filtro non lo puliva da almeno sei mesi e appena tolto il filtro la richiesta di azoto è stata nettamente inferiore, dovremmo subito dedurne che l'eliminazione di azoto dal sistema tramite la sostituzione dell'ovatta non c'entra nulla con la possibile minor richiesta nei SF.

Invece sto provando comunque a non scartare nessuna ipotesi a priori. Nel suo caso è evidente che l'ovatta non è una giustificazione, ma in altri casi potrebbe esserlo forse.

Ragionando logicamente, se e quando si ha questo comportamento togliendo il filtro (minor richiesta), le possibilità sono solo due:
o esce definitivamente azoto dal sistema nel CF (e resta comunque valida l'ipotesi della denitrificazione, a parte l'ovatta sostituita periodicamente), oppure effettivamente le piante hanno una crescita un po' meno rapida nel SF, magari solo inizialmente per adattamento al nuovo ambiente, in cui l'acqua è meno mossa e quindi sulle foglie magari "sbatte" meno CO₂, per cui la minor richiesta dei vari nutrienti sarebbe giustificata dall'improvviso minor stimolo.

E soprattutto come dici tu, può tranquillamente capitare che in altre vasche diverse, per altri fattori (magari anche tante pompe di movimento!), questa minor richiesta di azoto tolto il filtro non si verifichi per nulla.

Se su 10 vasche completamente diverse però abbiamo 10 comportamenti simili, un warning nell'articolo in merito a questa eventualità ci può stare (sempre a margine dell'importante correzione sul lavoro dei batteri nitrificanti, che trasformano solo l'azoto lasciando i nitrati a disposizione delle piante).
Ma resta comunque una eventualità, le cui cause potrebbero essere quelle appena elencate, singolarmente o una combinazione di esse.
Non vedo altre possibili cause.

[Humboldt]

Noooooo @nicolatc
Qui si parla di Acquariofilia, per giunta facile...
se iniziamo a dare i numeri è finita
Per fare benino i calcoli bisognerebbe conoscere e misurare molto (ma molto) più accuratamente tutto e con i nostri strumenti (simil giocattolo) non è il caso.
Già è complicato stare dietro alle piante (non vorrei iniziare a pesare le potature dopo averle cotte al forno per togliere l'acqua ) figurati poi ai batteri e a tutta la restante pletora di abitanti dell'acquario (virus, alghe, protozoi, svariati gruppi di invertebrati, pesci, per alcuni anche anfibi, ecc).
Con questo non voglio dire che non bisogna ragionare su cosa accade in vasca o nel filtro, ma ne passa tra comprendere i processi e misurarli in dettaglio.
Il mio post sulla composizione della cellula batterica era solo un contributo alla comprensione dei processi... non un invito a contare i batteri
Non so dirti il numero di batteri presenti in un filtro, ma presumo che sia altissimo e soprattutto variabilissimo in funzione della velocità di accrescimento delle colonie (che dipende anche da fattori chimico-fisici) e dall'azione eterotrofa di altri batteri e protozoi. Capire poi quanti ce ne sono nelle spugne e nell'ovatta (l'ovatta poi non la utilizzo mai)
Considera anche che i processi degradativi della sostanza organica non sono mai immediati (anzi...) pulendo le spugne e/o l'ovatta porti via molta sostanza organica in uno stadio intermedio di degradazione, cioè complessata in varie forme molecolari (medio-grandi) ben lungi da divenire ammonio (potrebbe essere che ne togli più cosi che organicato nei batteri ). Quindi, non è semplice fare i conti...

Sui processi degradativi della sostanza organica ed in particolare sulla formazione dei vari livelli di degradazione della stessa, a cui sono associate tutta una serie di micro e macro-organismi (dai batteri alla lumache), e sul suo accumulo sul fondo (soprattutto nell'interfaccia tra il fondo e la colonna d'acqua) si gioca molto del successo di un SF; in pratica la giusta ciclizzazione dei nutrienti.
Poi, l'ho scritto varie volte, se fertilizzare o meno con azoto...

Ci va se le piante te lo chiedono

Non ci va, se non te lo chiedono le piante o anche se si è giunti ad un tale equilibrio che le forme dell'azoto biologicamente attive vengono più o meno riciclate ed utilizzate. Quest'ultima situazione penso sia assolutamente più raggiungibile con un SF.

Me lo ha insegnato questo forum
Ritornando all'argomento del tuo topic, trovo le proposte di modifica (a pagina 9) migliorative rispetto a quanto presente nell'articolo

Vabbè, do i numeri anch'io
Il numero medio di cellule umane nel corpo è stimato in 40 mila miliardi
Il numero medio di batteri nel e sul nostro corpo si stima essere dieci volte superiore (400 mila miliardi)