Assorbimento dell’azoto da parte delle piante acquatiche

Traduzione di Nitrogen Uptake by Aquatic Plants di Diana Walstad (versione maggio 2017).

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Nitrificazione contro Piante

I micro-organismi nitrificanti (batteri e archibatteri [16]) nei filtri biologici ottengono l’energia di cui hanno bisogno dalla sola ossidazione di ammonio a nitrati. I batteri ottengono -84 kcal/mol di energia dai due passi della nitrificazione.
La reazione complessiva è:

NH4+ + 2O2 ⇒ NO3 + H2O + 2H+

Tutte le piante usano l’azoto dell’ammonio – non dei nitrati – per produrre amminoacidi e proteine. Se una pianta assorbe nitrati, deve convertirli in ammonio in un processo che richiede energia, detto riduzione dei nitrati.
Le piante devono spendere sostanzialmente la stessa energia (83 kcal/mol), che i batteri hanno ottenuto, per far tornare i nitrati ad ammonio.
La reazione complessiva per il processo in due passi di riduzione dei nitrati è:

NO3 + H2O + 2H+ ⇒ NH4+ + 2O2

L’energia richiesta per ridurre i nitrati ad ammonio è considerevole, equivalente al 23% dell’energia ottenuta dal metabolismo del glucosio [1]. Per questo motivo, se i batteri nitrificanti convertono tutto l’ammonio in nitrati, le piante saranno costrette – spendendo energia – a riconvertire i nitrati in ammonio.
Questo può spiegare perché i ricercatori abbiano osservato come varie piante acquatiche crescano meglio in presenza di ammonio (o in un mix di ammonio e nitrati) rispetto alla sola presenza di nitrati [3].

Il ciclo dell’azoto è spesso rappresentato erroneamente come batteri nitrificanti che convertono l’ammonio in nitrati, nitrati assorbiti poi dalle piante.
In realtà, il ciclo consiste in piante e batteri che competono per l’ammonio. Le piante assorbiranno nitrati solo quando saranno costrette a farlo.
Pertanto, i nitrati potrebbero accumularsi negli acquari, anche quelli con buona crescita di piante.

La filtrazione biologica può causare problemi negli acquari poiché la reazione di nitrificazione (vedi sopra) genera acidità e consuma ossigeno.
Ogni ione ammonio convertito in nitrato automaticamente consuma due molecole di ossigeno e genera due idroni H⁺. Negli acquari che ho allestito senza piante (o con scarsa crescita di piante), l’acqua è diventata con il tempo piuttosto acida.
Promuovendo invece la crescita delle piante, non ho mai avuto acquari che si inacidivano.

Negli acquari senza piante, la filtrazione biologica è essenziale per proteggere i pesci dall’ammonio. Tuttavia non è essenziale negli acquari piantumati.
Sono rimasta sorpresa da quanta poca filtrazione sia richiesta nei miei acquari con piante. Quando ho rimosso i materiali filtranti dal filtro, i pesci non hanno avuto problemi. Ho concluso che la filtrazione biologica fosse del tutto superflua nei miei acquari piantumati.

Le piante acquatiche rimuovono rapidamente l’ammonio dall’acqua. Questo perché le piante acquatiche preferiscono grandemente l’ammonio ai nitrati, come fonte di azoto.
Oltre a questo, lo rimuovono giorno e notte e in breve tempo.
Le piante supportano i pesci in vari modi – producono ossigeno, purificano il substrato, consumano anidride carbonica e stabilizzano il pH. La rapida rimozione dell’ammonio – senza gli effetti deleteri della nitrificazione – è l’aiuto migliore, un aiuto che è stato sottostimato per lungo tempo dagli acquariofili.

Spero che questo articolo fornisca valide ragioni per tenere piante negli acquari.

Acquario Walstad
Piante come “filtro biologico”. I pesci in questo acquario da 190 litri stanno bene nonostante la modesta filtrazione e i cambi d’acqua ridotti. Il filtro interno che si vede sulla destra serve principalmente per far circolare l’acqua. Faccio affidamento soprattutto sulla buona crescita delle piante, piuttosto che sulla nitrificazione, per proteggere i miei pesci da ammonio e nitriti.