Home Chimica dell'acquario Redfield e il rapporto 10:1 in acquario

Redfield e il rapporto 10:1 in acquario

Verità o leggenda?

Adesso che sappiamo da dove nasce il famoso rapporto 10:1, possiamo cercare di capire se è veramente applicabile nei nostri acquari per evitare i problemi di alghe e cianobatteri.

Per prima cosa convertiamo i rapporti atomici N:P di cui si è parlato nel primo capitolo in NO3 e PO4, come abbiamo fatto per quello Redfield. Da quello che abbiamo letto possiamo dire che un alto rapporto NO3:PO4 (13-32:1) può favorire lo sviluppo di alcune alghe verdi, mentre un basso rapporto (3-6:1) quello di cianobatteri.
Ma, come abbiamo visto nell’ultima parte del capitolo precedente, quelli che misuriamo in acquario sono solo gli NO3 (o, al massimo, gli NO2 e NH3/NH4) e non tutte le varie forme di azoto. Nei nostri acquari sono presenti composti organici complessi che provengono dalla decomposizione di legni, animali morti (soprattutto lumache), foglie, batteri accumulati nel fondo e nel filtro.
Questi contengono, in genere, azoto in forme non rilevabili dai nostri test ma solo da kit professionali per la determinazione dell’azoto totale.

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Il problema è che, spesso, queste molecole non sono sfruttate dalle piante ma possono esserlo dalla alghe. Si pensi, ad esempio, che l’azoto predominante sulla terra è in forma molecolare (N2) e non è disponibile se non per gli organismi che contengono gli enzimi per la nitrogenasi; tale processo di utilizzo dell’N2 è detto «fissazione dell’azoto».

Diversi studi mostrano che i cianobatteri sono responsabili della maggior parte della fissazione dell’azoto (N2fix) negli ecosistemi acquatici; questa capacità gli fornisce un vantaggio competitivo significativo durante i periodi di limitazione dell’azoto (Tilman et al., 1982; Howarth et al., 1988; Leppänen et al., 1988).
Quindi, anche se l’azoto non è sufficiente per le piante, i cianobatteri possono avvantaggiarsi mediante l’N2fix indipendentemente dalla quantità di fosforo presente.

Anche il fosforo, come l’azoto, assume in acquario forme diverse e non rilevabili dai nostri kit. Può essere presente in molecole organiche complesse dalle quali le piante non possono ricavarlo (ma le alghe purtroppo sì).

Inoltre il fosforo tende a legarsi con altri elementi, come il ferro, precipitando sul fondo; questo lo rende non misurabile, pur essendo presente e utilizzabile. Quindi, anche mantenendo un rapporto teoricamente corretto di NO3 e PO43- di 10:1, è possibile notare l’insorgenza di alghe e cianobatteri in quanto non stiamo considerando l’azoto e il fosforo totali presenti.
Nel rapporto precedente ho indicato appositamente PO43- e non PO4 (come indicato nel capitolo precedente) proprio perchè sono quelli che misurano i test a nostra disposizione.

In altri termini, potremmo avere il reale rapporto Redfield sbilanciato in un senso o nell’altro. Questo, ovviamente, non è l’unico motivo per cui tale rapporto non deve essere preso come la verità assoluta.

Il fabbisogno delle piante

Nella figura seguente è riportata la famosa tabella di Epstein del 1972, pubblicata sul libro Nutrizione minerale delle piante: principi e prospettive, nella quale sono indicati i fabbisogni delle piante rispetto ai vari elementi.

Tabella di Epstein – dal libro «Nutrizione minerale delle piante: principi e prospettive» (1972) (clicca per ingrandire)

Se ci limitiamo ad azoto e fosforo possiamo vedere che il loro rapporto (in numero di atomi) è dato da 1000:60 = 16,7:1 che sembra coincidere con quello indicato da Redfield. Lo studio si riferisce però alle piante terresti in cui questo rapporto sembra effettivamente costante. Garten, nel 1976, ha indicato che il rapporto atomico N:P nelle piante acquatiche è, in media, 8-10:1; abbiamo quindi un rapporto NO3:PO4 di 5-6:1. Allo stesso modo Redfield, nel 1958, indicava che il rapporto N:P nelle alghe è di circa 14:1 (cioè NO3:PO43- = 9:1).
Sembrerebbe quindi che il rapporto 10:1 sia più vicino alle esigenze delle alghe piuttosto che delle piante. Nella tabella seguente è riportata la tabella pubblicata da D. Walstad nel suo libro Ecologia dell’acquario di piante relativamente al fabbisogno delle sue piante acquatiche.

Fabbisogno delle piante – D. Walstad – dal libro «Ecologia dell’acquario di piante» (clicca per ingrandire)

Se ci limitiamo ad azoto e fosforo, abbiamo un rapporto in massa di 11,4:1; che si traduce in NO3:PO4 = 16:1, superiore a quello per cui dovremmo ritrovarci la vasca invasa da alghe verdi.

Nel 1987 Landolt and Kandeler hanno pubblicato un interessante studio sui nutrimenti in natura presenti nella Lemna minor; questa si prestava bene all’analisi in quanto, essendo galleggiante, non era influenzata dall’eventuale limitazione di CO2.

Landolt and Kandeler – Studio sui nutrimenti in natura della Lemna minor (1987) (clicca per ingrandire)

Si può chiaramente vedere come le concentrazioni di N e P variano notevolmente. Il fatto è che ogni pianta ha esigenze diverse; più che al rapporto tra azoto e fosforo dovremmo fare attenzione che nessuno dei due diventi un fattore limitante. Mentre molti acquariofili si concentrano sui metodi di fertilizzazione per cercare di mantenere tolleranze e rapporti stretti tra gli elementi, il sistema naturale mostra una gamma molto ampia di rapporti e la crescita risulta bloccata in modo significativo solo quando c’è una limitazione.
Se c’è un sacco di fosfato in acqua e pochissimi nitrati, le piante possono crescere fino a consumare il nitrato disponibile. A voler esser pignoli, esisterebbe ancora abbastanza fosfato ma, a causa della mancanza di nitrati, le piante non possono crescere ulteriormente e assorbire il fosfato. Il nitrato è diventato quindi il fattore limitante per la crescita.

Ovviamente può anche essere il contrario. Se c’è un sacco di nitrato e basso fosfato, allora il fosfato sarà il fattore limitante.

Se abbiamo il giusto equilibrio di fosfato e nitrato, allora il fosfato e il nitrato possono essere utilizzati finché restano disponibili.

Ogni specie di pianta e ogni specie di alga ha il proprio rapporto ottimale per assorbire elementi. Come abbiamo visto, i cianobatteri possono prevalere nella battaglia con altri batteri, alghe e piante se il nitrato diventa il fattore limitante, potendo ricorrere alla fissazione dell’azoto.
Alcuni studi recenti hanno evidenziato la loro comparsa anche a concentrazioni basse di fosfati, smentendo la teoria che li dichiara legati unicamente alla loro elevata quantità. Alcune alghe verdi, d’altra parte, proliferano meglio se è presente una quantità relativamente alta di azoto, ma quasi sempre se il fosfato è diventato il fattore limitante per le piante.

Consideriamo che le piante acquatiche che coltiviamo nei nostri acquari sono quasi 400 specie differenti e che le loro necessità ovviamente sono differenti. La cosa principale è prevenire forti limitazioni. Non credo che un rapporto sia realmente applicabile. (T. Barr)

Riguardo all’indice di Redfield, i cianobatteri possono fissare l’azoto. Quindi avranno sempre un vantaggio sulle alghe verdi quando l’ammoniaca, i nitrati, i nitriti, ecc. sono scarsi. Ma cercare di ottenere un rapporto magico sembra discutibile quando ci sono così tante altre variabili coinvolte in un acquario. (D. Walstad)

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