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Ciclo dell’azoto in acquario: l’ennesimo articolo

Ciclo dell’azoto in acquario? Pure voi?

Sì, pure noi di Acquario.top – ma garantiamo che troverai qualcosa in più del solito, leggendo quello che segue 😉

Cosa non troverai in questo articolo

Iniziamo.

Alcune definizioni prima di cominciare

Seguono alcune brevi definizioni (senza pretesa di esaustività) per comprendere meglio di cosa si parla nell’articolo ed evitare di farvi aprire pagine di Wikipedia mentre leggete 😀

Ciclo dell’azoto in acquario

Quello dell’azoto è uno dei tanti cicli presenti in acquario, poiché più o meno ogni elemento ne ha uno: abbiamo il ciclo del carbonio, del fosforo e di altri elementi.

Tuttavia, soprattutto per le conseguenze, spesso nefaste, è il ciclo dell’azoto ad influenzare maggiormente gli acquariofili, anche quelli che lo ignorano (i pesci morti due-tre settimane dall’inserimento vorrebbero poter confermare…).

Poiché si tratta di un ciclo, potremmo cominciare da un punto qualsiasi di esso: per esempio, da quel che mettiamo in acquario.

L’azoto organico in acquario

Cos’è?

L’azoto organico è quello che troviamo legato ad atomi di carbonio. Lo possiamo trovare sostanzialmente in tre posti:

  1. nei mangimi e in generale in tutti gli alimenti (vivi, freschi, surgelati, liofilizzati etc) che diamo ai pesci;
  2. nei materiali in decomposizione (feci, legni, foglie, fibre vegetali in genere, pesci o invertebrati morti etc);
  3. nei fertilizzanti per piante d’acquario, solitamente come urea.

POC e DOC

Questa materia organica si decompone in componenti sempre più piccole, dette POC (Particulate Organic Carbon – Carbonio Organico in Particelle), fino a diventare così piccole da essere disciolte (DOC – Dissolved Organic Carbon – Carbonio Organico Dissolto).

Probabilmente abbiamo visto tutti del POC negli acquari: è quella sorta di melma o detrito che si deposita solitamente sul fondo, in cui passano, se presenti, lumache e altri invertebrati.
Il DOC, invece, non è visibile, a meno di un suo accumulo (non dannoso), che si manifesta con un ingiallimento dell’acqua.

Materiale in decomposizione e acqua ambrata (foto di Riccardo T).

Dove va?

L’azoto organico viene subito attaccato da ceppi batterici eterotrofi (e altri organismi), che decompongono l’azoto organico in composti inorganici, ovvero privi del carbonio. Con questo processo – detto mineralizzazione – si ha usualmente la produzione di ammoniaca (NH3) e di anidride carbonica (CO2), come prodotti di scarto.
I batteri responsabili di questo processo sono eterotrofi ma possono essere sia aerobici, sia anaerobici.

Un primo passaggio del ciclo dell’azoto è quindi il seguente:

Azoto organico → Ammoniaca + CO2

Per quanto riguarda la sola urea, le piante possono riuscire ad assorbirne direttamente una parte, prima che inizi a venire decomposta.

Una parte dell’azoto organico, invece, viene usata dai batteri stessi per le loro strutture e metabolismo interni.

L’ammonio e l’ammoniaca in acquario

Cosa sono?

L’ammoniaca è uno dei principali e più pericolosi inquinanti negli acquari.
È prodotta direttamente dal metabolismo dei pesci o decomposta dai batteri a partire dai composti organici dell’azoto oppure, infine, inserita come fertilizzante (solitamente come ammonio: nitrato di ammonio, fosfato di ammonio etc).

Modello ad asta e sfera dell’ammoniaca.

La tossicità dell’ammoniaca è dipendente principalmente dal pH dell’acqua, poiché il pH può trasformare l’ammoniaca nel comunque tossico, ma in misura inferiore, ammonio.

Modello ad asta e sfera dello ione ammonio.

La reazione di equilibrio è la seguente:

NH4+ + OH ↔ NH4OH ↔ NH3 + H2O

che ci dice che in acqua sono sempre presenti sia ammoniaca (NH3) sia ione ammonio (NH4+). Tuttavia al variare del pH possiamo praticamente azzerare la concentrazione di ammoniaca, più tossica.

Come varia la percentuale di ammoniaca ed ammonio?

Nel dettaglio, la percentuale di ammoniaca scende allo scendere del pH.
A pH 6.3 circa, l’ammoniaca è lo 0.1% contro il 99.9% dell’ammonio.
All’aumentare del pH, la percentuale di ammoniaca aumenta rapidamente: già a pH 8, l’ammoniaca supera il 3% rispetto al 97% di ammonio.
A pH 9.25 si ha metà ammoniaca e metà ammonio.

Percentuali di ammoniaca ed ammonio in base al pH.

Indicativamente, c’è circa una variazione delle percentuali di ordine 10 per ogni punto di pH (e di ordine 100 ogni due punti e così via).
Ad esempio, se il pH scende da 8 a 7, la concentrazione di ammonio aumenta dallo 0.33% circa al 3.3% (e quella dell’ammoniaca scende dal 99.7% al 96.6% circa).

Per inciso, questo è uno dei motivi per cui le variazioni devono essere fatte lentamente. Un punto di pH può alterare le concentrazioni di ammoniaca di 10 volte!

Dove vanno?

L’ammonio e l’ammoniaca possono venire assorbiti facilmente da piante ed alghe, se presenti, e da batteri nitrificanti.

Le piante e le alghe possono, infatti, usare l’ammonio come fonte di azoto a rapida assimilazione, pronto da usare subito. Non possono infatti accumulare l’ammonio per usarlo in un secondo tempo.
Come spiegato da Diana Walstad e dagli studi da ella citati, l’ammonio è assorbito come forma di azoto preferenziale dalla maggior parte delle piante.

L’ammonio e l’ammoniaca non assorbiti da piante ed alghe vengono invece trasformati, da alcuni ceppi batterici aerobici autotrofi (Nitrosomonas e archeobatteri ossidatori dell’ammonio), in nitriti, secondo la reazione:

NH4+ + ½O2 → 2H+ + NO2 + H2O

I nitriti in acquario

Cosa sono?

I nitriti derivano dall’ossidazione (aggiunta di ossigeno) di ammonio e ammoniaca ed è il primo di due passi della nitrificazione.

Modello ad asta e sfera dello ione nitrito.

I nitriti sono estremamente tossici (più dell’ammonio) per i pesci, poiché i nitriti hanno la capacità di legarsi all’emoglobina contenuta nel sangue impedendo a quest’ultima di portare l’ossigeno. L’effetto è simile a quello delle intossicazioni da monossido di carbonio nell’uomo.
Infatti, uno degli effetti principali di basse concentrazioni di nitriti è proprio quello della difficoltà respiratoria: pesci che hanno respiro accelerato o tentano di respirare sul pelo dell’acqua, boccheggiando.

Se la concentrazione di nitriti aumenta per un tempo sufficientemente lungo, la morte dei pesci non è da escludere, anzi. Non ho le statistiche sotto mano, ma a naso direi che i nitriti siano fra le prime cause di morte negli acquari, specialmente in quelli appena allestiti.

Dove vanno?

I nitriti possono venire assorbiti dalle piante (dalle alghe in misura minore se non nulla, purtroppo non ci sono molti studi a riguardo), ma la maggior parte è convertita in nitrati da altri ceppi batterici, sempre aerobici e autotrofi (Nitrospira), secondo la reazione:

NO2 + ½O2 → NO3

I nitrati in acquario

Cosa sono?

I nitrati derivano dall’ossidazione dei nitriti e sono il risultato del secondo dei due passi di cui è composta la nitrificazione.
Possono anche essere introdotti mediante vari fertilizzanti comunemente usati, quali nitrati di potassio, calcio, magnesio, ammonio etc.

Modello ad asta e sfera dello ione nitrato.

I nitrati non sono tossici per i pesci a basse concentrazioni, tuttavia al crescere della concentrazione possono iniziare a dare problemi. Problemi non nel senso che il pesce muore (a differenza dell’accumulo di nitriti), quanto piuttosto a disturbi nel comportamento (riproduttività, attività) e nella crescita, anche a livello di sviluppo delle pinne e colorazione.

Per alcuni pesci, sono consigliabili livelli di nitrati il più bassi possibili (se non misurabili, anche meglio), mentre altri pesci sono un po’ più tolleranti – non significa però che abbiano piacere di nuotare nei nitrati… Torneremo su questo con più dettagli in seguito.
Continuiamo col ciclo dell’azoto!

Dove vanno?

I nitrati vengono assorbiti dalle piante, insieme o in sostituzione all’ammonio. Per le piante, infatti, è oneroso l’assorbimento dei nitrati poiché lo devono riconvertire in ammonio, per poterlo utilizzare direttamente. Tuttavia per le piante sono importanti anche i nitrati, poiché possono accumularli nei tessuti per utilizzarli in un secondo momento (cosa che non possono fare con l’ammonio).

Oltre a venire assorbiti dalle piante, i nitrati possono venire convertiti in azoto gassoso (N2) da parte di alcuni batteri anaerobici.
Se invece volessimo ascoltare una tanta parte di acquariofili, l’unico modo efficace di rimuovere i nitrati è quello di fare cambi d’acqua, anche se non sempre risolvono (e anche su questo torneremo).


 

Il ciclo dell’azoto in acquario “modello classico” si concluderebbe qui, ma non è finita!
Ci sono ancora varie pagine di informazioni e non abbiamo ancora nominato la maturazione…

(da tenor.com)

Vediamo di seguito altri tre processi che avvengono in aggiunta classico ammonio → nitriti → nitrati. Questi tre processi sono:

  1. La denitrificazione
  2. La respirazione dei nitrati
  3. La DAP

Di questi tre processi, quello più significativo in acquario è il primo, ovvero la denitrificazione, che si verifica specialmente negli acquari più maturi. Gli altri due ci sono, ma hanno un impatto generalmente minore.
Ad onor del vero, esistono altri processi, qui non presentati, sia perché sono di ancora minore entità, sia perché poco studiati. Un esempio potrebbe essere la fissazione dell’azoto atmosferico (N2) da parte di cianobatteri sulla superficie dell’acqua.

1. La denitrificazione in acquario

In cosa consiste?

La denitrificazione consiste nella conversione dei nitrati (NO3) in azoto gassoso (N2).
Si tratta di un processo che si verifica in vari passaggi, con vari prodotti intermedi. Nel dettaglio i passi sono i seguenti:

Nitrati → Nitriti → Ossido nitrico → Ossido nitroso → Azoto gassoso
(NO3 → NO2– → NO → N2O → N2)

La denitrificazione avviene per opera svariati batteri, anche relativamente comuni (Bacillus, Escherichia, Micrococcus, Pseudomonas etc), soprattutto nel substrato e negli accumuli di sedimenti, come la melma nel filtro.

La denitrificazione è strettamente legata alla nitrificazione, poiché quest’ultima produce i nitrati necessari alla prima, oltre a consumare ossigeno, rendendo la zona anaerobica (specialmente nel cuore dei materiali filtranti o nel substrato più profondo o ricoperto di melma). Si ha quindi un bilanciamento fra le due tipologie di batteri.

La denitrificazione può arrivare a provocare notevoli perdite, in proporzione, di azoto dal sistema-acquario. Vari studi hanno stimato che la denitrificazione possa eliminare dal sistema anche il 50% dell’azoto presente – questo spiega le apparenti “sparizioni” di azoto in alcuni acquari (oppure dei consumi anomali di azoto, se fertilizzato).

Uno studio [1], in particolare, considera la denitrificazione come principale responsabile della sostanziale limitazione dell’azoto nel lago Tanganyika.

Dove va?

L’azoto gassoso, essendo un gas, forma delle bollicine d’aria le quali, quando raggiungono dimensioni sufficienti, salgono in superficie rilasciando il gas nell’atmosfera.
L’azoto, quindi, abbandona il sistema-acquario.

2. La respirazione dei nitrati in acquario

In cosa consiste?

La respirazione dei nitrati è un processo comunemente effettuato da vari ceppi batterici in condizioni di scarsità o mancanza di ossigeno e consiste nella conversione di nitrati in nitriti.
La reazione, in particolare, è la seguente:

NO3 + 2H+ → NO2 + H2O

La respirazione dei nitrati si differenzia dalla denitrificazione (vista sopra) poiché la respirazione si blocca ai nitriti, mentre la denitrificazione arriva alla produzione di azoto gassoso.
La respirazione dei nitriti può arrivare ad essere piuttosto consistente: in un’indagine sui batteri dei terreni [2], l’80% dei batteri capaci di vivere in condizioni anaerobiche effettuavano la respirazione dei nitrati mentre solo il 20% effettuava la denitrificazione completa.

Dove vanno?

I nitriti prodotti da questo processo rientrano nel normale ciclo dell’azoto, venendo, ad esempio, assorbiti dalle piante o trasformati in nitrati.

3. DAP –  Dissimilatory Ammonium Production

In cosa consiste?

Oltre a denitrificazione e respirazione dei nitrati, i batteri possono usare i nitrati convertendoli in ammonio secondo una serie di reazioni dette DAP (Dissimilatory Ammonium Production – Riduzione Assimilativa del Nitrato):

Nitrati → Nitriti → Ossido nitroso → Ammonio
(NO3 → NO→ N2O → NH4+)

Queste trasformazioni sembrano correlate alla fermentazione e avvengono anche in presenza di ammonio, dunque l’ammonio non viene prodotto per essere usato.

La DAP può arrivare ad essere relativamente significativa; come attività può essere paragonabile alla denitrificazione.

Dove va l’ammonio?

L’ammonio rientra (ormai dovreste averlo imparato 😉 ) nel ciclo dell’azoto e quindi può venire utilizzato da piante ed alghe oppure trasformato in nitriti.

Grande Schema Riassuntivo del ciclo dell’azoto

Dopo averne visto le varie fasi, possiamo fare un Grande Schema Riassuntivo dei vari passaggi del ciclo dell’azoto:


Un po’ più complicato del solito, no?
Per confronto, la versione che si trova spesso in circolazione:

Ora che abbiamo visto i vari processi principali che si verificano con i composti dell’azoto, passiamo alla parte pratica, dove vediamo come applicare quanto abbiamo visto alla gestione vera e propria degli acquari.

Prima vedremo le implicazioni del ciclo dell’azoto in fase di avvio, dove spesso, per ignoranza (nel senso di non conoscenza o mancata informazione), avvengono i maggiori errori con, purtroppo, numerose morti di pesci.

Poi vedremo le implicazioni nelle fasi successive, ovvero quando l’acquario ha raggiunto una relativa stabilità, dopo il primo periodo turbolento.

Primo avvio dell’acquario
(ovvero: Guida di sopravvivenza alla maturazione)

Appena dopo aver allestito e riempito l’acquario, il ciclo dell’azoto può prendere inizio.
Posto che ci siano gli elementi nutritivi per i batteri, lo sviluppo di questi ultimi seguirà grosso modo i seguenti passi:

  1. In maniera piuttosto rapida si insediano i batteri e gli altri organismi decompositori della sostanza organica. È possibile vedere questo insediamento nello sviluppo delle muffe – oomiceti, ad esempio – visibili come filamenti bianchi sulla materia in decomposizione. I batteri e gli altri organismi, invece, sono invisibili ad occhio nudo.
  2. Dopo qualche tempo, si ha lo sviluppo dei ceppi batterici ossidatori dell’ammonio, che effettuano la trasformazione ammonio → nitriti.
  3. Con i nitriti a disposizione, iniziano quindi a svilupparsi i ceppi batterici che ossidano i nitriti, trasformandoli in nitrati.
  4. Contemporaneamente ai passi precedenti, si ha lo sviluppo degli altri ceppi batterici, facenti parte del ciclo dell’azoto e non solo; ad esempio, vi è l’avvicendamento tra i batteri e gli archeobatteri ossidatori dell’ammonio.
  5. Con il tempo (ordine dei mesi) si ha la formazione di sempre maggiori zone anaerobiche, nel fondo e nei materiali filtranti, permettendo una sempre maggiore attività denitratoria e di riduzione (del ferro, del manganese, dello zolfo etc).

Fenomeni graduali e legati fra loro

È bene precisare che questi passaggi non avvengono semplicemente “a staffetta”, passandosi i composti dell’azoto tra un ceppo e l’altro.

Nella staffetta l’atleta che cede il testimone si ferma. Nel ciclo dell’azoto non avviene un passaggio analogo.

Tutte le trasformazioni sono graduali e la crescita e gli avvicendamenti dei ceppi batterici sono legate alle disponibilità dei vari nutrienti.

Ad esempio, lo sviluppo dei batteri che ossidano i nitriti è strettamente legato alla presenza di questi ultimi, che sono prodotti dai batteri che ossidano l’ammonio: il numero di batteri che ossidano i nitriti crescerà quindi gradualmente secondo quanto i batteri che ossidano l’ammonio sono in grado di produrre.

Attivare il filtro dell’acquario

Abbiamo visto che c’è questo insediamento dei batteri, ma da dove vengono?

I batteri sono naturalmente presenti nell’aria, nell’acqua e in tutto quello che viene inserito negli acquari, specie se di origine naturale (legni, foglie, piante etc).
È pertanto possibile avviare l’acquario senza attivarlo artificialmente.

Attivatori batterici per acquario

Esiste tuttavia una pletora di prodotti per acquariofilia che, a detta dei produttori, contengono i ceppi batterici necessari per avviare l’acquario, consentendo di inserire subito i pesci.

Il commercio acquariofilo si è sbizzarrito con gli attivatori batterici.

Possiamo dire senza tanti dubbi che il fatto di poter inserire subito i pesci sia quantomeno discutibile (torneremo su questo in seguito), quindi possiamo tranquillamente ignorare questo claim, se vogliamo fare le cose per bene.

Tuttavia effettivamente vari attivatori contengono i ceppi batterici necessari per il ciclo dell’azoto (Nitrosomonas, Nitrospira, ma anche altri come Nitrobacter) per cui un inoculo batterico con questi prodotti può avere senso – anche se non è fondamentale, visto che i batteri si insediano comunque.

Esiste anche la possibilità di effettuare un inoculo naturale, prendendo un po’ di materiali filtranti da un altro acquario già avviato da tempo.

Rimarchiamo che l’uso di questi prodotti o l’inoculo da altro acquario non consentono di inserire subito i pesci – al più possono accelerare leggermente lo sviluppo delle colonie.

L’importanza della sostanza organica

Sia che si faccia l’avvio senza inoculo batterico, sia con, è necessario, per far sopravvivere questi batteri, che sia presente della sostanza organica che questi batteri possano mangiare e trasformare nei vari passaggi visti sopra.

È infatti inutile pretendere che avvenga l’insediamento dei batteri, anche usando attivatori batterici, se questi poi non hanno nulla di cui nutrirsi…
Bisogna quindi fornire ai batteri sostanza organica.

Inserimento di cibo in avvio dell’acquario

Se nell’acquario avviato sono presenti materiali organici quali piante, foglie, legni naturali… queste sono solitamente sufficienti per fornire ai batteri il necessario.

Tuttavia, anche per abituare i ceppi batterici al carico organico dei pesci che verranno inseriti, può essere utile inserire giornalmente o quasi (comunque con regolarità) del cibo.
È sufficiente un qualsiasi mangime, anche di non eccelsa qualità, purché sia completo (quindi, per dire, non tubifex liofilizzati o spirulina pura, ovvero alimenti singoli).

Dei comuni mangimi vanno bene.

Il cibo va inserito in piccola quantità, come se si volesse alimentare un piccolo pesciolino immaginario – meglio evitare di eutrofizzare-inquinare l’acqua già dal primo giorno.

L’inserimento regolare di un po’ di cibo, oltre a fornire ai batteri le sostanze necessarie per svilupparsi, prepara questi ultimi al carico da affrontare una volta inseriti i pesci.

Inserimento di altro in avvio

Spesso viene consigliato l’inserimento di cose diverse rispetto al mangime. Giusto per nominare quelle più diffuse: ammoniaca e zucchero.

Ammoniaca per pulizie.

A nostro avviso, l’inserimento di cibo completo è più efficace dell’inserimento di una singola sostanza, poiché è vero che stiamo guardando il ciclo dell’azoto, ma nell’acquario abbiamo anche altri cicli di nutrienti.

Giusto per fare un esempio, con l’ammoniaca è vero che attiviamo il ciclo dell’azoto, ma solo quello! Con lo zucchero, invece, inseriamo del carbonio, ma non azoto.

Con il mangime completo, invece, poiché inseriamo materia animale e vegetale, forniamo il nutrimento anche per i batteri che hanno bisogno di carbonio, fosfati, ferro, manganese, zolfo etc.

Cos’è la maturazione dell’acquario, quindi?

Per molti acquariofili e da molto tempo, con maturazione dell’acquario si intende quel tempo necessario affinché ci sia un minimo sindacale di batteri presenti nell’acquario, che riescano a garantire un minimo di ciclo dell’azoto giusto per non far morire i pesci.

Col tempo, questa accezione s’è pure affievolita, arrivando a dire, di fatto, che in un mese di calendario la maturazione è fatta e che al trentesimo giorno si può andare in negozio a comprar i pesci.

In altre parole, la maturazione sarebbe un’attesa di un mese, non meglio precisata. Ma non è molto corretto questo, anzi.

Basti pensare al fatto che se uno ha allestito l’acquario senza piante, legni o altra materia organica e non ha mai inserito mangime o altro cibo, questo acquariofilo può anche aspettare anni, senza avere una maturazione effettiva.

Dove potranno insediarsi i batteri in un “allestimento” del genere?

L’esempio è un po’ estremo, ma dovrebbe rendere l’idea.

Definizione migliore di maturazione dell’acquario

Volendo dare una migliore definizione di maturazione, direi: rendere l’acquario il più possibile pronto, stabile e adatto per i pesci che andremo a inserire.

Volendo ampliare un po’ la definizione:

Ammetto che non sarà la definizione migliore, poiché quello di maturazione dell’acquario non è un concetto ben definibile, tuttavia dovrebbe risultare chiaro che “il mese di maturazione a prescindere” non è adeguato per raggiungere queste caratteristiche del sistema-acquario.

Tra l’altro, questa definizione spiega perché il claim degli attivatori batterici che “consentono di inserire i pesci dopo 24 ore” non sia molto applicabile.

Velocizzare la maturazione dell’acquario

Come conseguenza di quello che abbiamo visto poco sopra, cercare di velocizzare la maturazione, oltre ad essere impossibile (diffidare da chi dice di farlo) spesso porta a far danni, poiché si va ad agire esternamente su un sistema già instabile di suo.

Per quanto possa essere comprensibile il desiderio di mettere i pesci, dopo aver speso soldi e allestito l’acquario, la maturazione non va accelerata (o, peggio, ignorata e saltata).

Questo comporta, quindi, la necessità di rifiutare certi metodi (che funzionano, finché va bene) che fanno funzionare l’acquario in maniera apparentemente corretta, ma che alla fine si rivelano essere una bomba pronta ad esplodere.
Giusto per fare un esempio: le zeoliti.

Zeoliti (solitamente in acquario si usano frantumate).

Le zeoliti possono assorbire l’ammonio (rilasciando sodio, funzionano a scambio). Se l’ammonio è assorbito tutto, non ci sono teoricamente nitriti e nitrati e possiamo mettere i pesci subito. Vero, c’è chi lo fa.

Però se l’effetto delle zeoliti inserite finisce e ci dimentichiamo di cambiarle? Che succede?
Riparte il ciclo dell’azoto e il rischio di trovarsi i pesci morti, per non aver avuto un po’ di pazienza, è elevatissimo.

Nella prossima pagina vedremo un po’ di consigli e problemi comuni durante la maturazione dell’acquario.

Come comportarsi durante la maturazione?

Vediamo ora come comportarsi nel periodo di maturazione dell’acquario, guardando i problemi e i dubbi più comuni che noi acquariofili siamo chiamati ad affrontare.

Tempistiche indicative della maturazione dell’acquario

Abbiamo visto che il mese fiscale di maturazione è inadeguato per descrivere i tempi di una corretta manutenzione. È tuttavia possibile dare delle tempistiche indicative della maturazione degli acquari.

Entro il primo mese circa

Dopo il primo mese circa

Fattori che modificano i tempi di maturazione

Ovviamente i tempi scritti sopra saranno variabili: già solo la temperatura può influenzare lo sviluppo dei batteri. Un acquario a 30 °C avrà un più rapido sviluppo dei batteri di un acquario a 20 °C.

Disclaimer: non funziona molto accelerare la maturazione alzando la temperatura, poiché quando poi la abbassiamo andiamo ad alterare gli sviluppi e gli equilibri dei batteri.

Un altro fattore che può modificare i tempi di maturazione è il movimento d’acqua, che può alterare la diffusione degli elementi nutritivi in acquario e influenzare l’insediamento batterico.

In casi estremi, potremmo persino non avere affatto maturazione, come abbiamo visto in precedenza.

Test dei valori dell’acquario in maturazione

Se abbiamo a disposizione dei comuni test per acquariofilia, siamo in grado di osservare – indirettamente – lo sviluppo dei batteri andando a guardare gli andamenti delle concentrazioni di ammonio, nitriti e nitrati.

Esempio di test dei nitriti.

Dovremmo poter misurare, infatti, una presenza iniziale di ammonio (e ammoniaca, i test li misurano entrambi, senza discriminarli), per poi vederla diminuire e contemporaneamente vedere l’aumento dei nitriti (il famoso picco dei nitriti).
Infine dovremmo vedere i nitriti calare, con un corrispondente aumento dei nitrati.

Infine, proprio poiché siamo in maturazione, non devono destare preoccupazione eventuali valori segnalati dai test come “pericolosi” e simili.
Ad esempio, durante il picco dei nitriti possiamo misurare valori degli NO2 tranquillamente oltre 1 mg/l, tossici per la maggior parte dei pesci e correttamente segnalati come pericolosi dai test. Ma non essendoci pesci nell’acquario (giusto?!?), questo valore non deve porre alcun problema.

Nitrati presenti e nitriti a zero: mettiamo i pesci! O no?

Nota importante: il fatto di vedere dei nitrati e i nitriti e l’ammonio a zero non ci garantisce che l’acquario sia stabile, maturo e pronto ad accettare di tutto e di più.

Ci sono altri fattori di cui tenere conto, prima di inserire i pesci, quali la stabilità e l’equilibrio del sistema-acquario.

Tuttavia, quantomeno, ci garantisce che il ciclo dell’azoto stia andando nella direzione giusta.

Cambi d’acqua in maturazione

Contemporaneamente allo sviluppo dei batteri del ciclo dell’azoto e degli altri cicli (carbonio, fosforo etc), potremmo dover effettuare dei cambi, ad esempio per correggere alcuni valori dell’acqua.
In particolare, potremmo dover far dei cambi per rimuovere rilasci da parte del fondo o del substrato fertile o, viceversa, fare dei cambi per reintegrare parzialmente (altrimenti che senso hanno?) quanto assorbito dai fondi impropriamente definiti “allofani“.
Ad esempio, negli allestimenti naturali alla Walstad, i cambi d’acqua appena dopo l’avvio sono praticamente obbligatori, a causa del terriccio usato.

In linea generale, specialmente nelle fasi iniziali, i cambi d’acqua in maturazione sarebbero da evitare, poiché un cambio d’acqua inevitabilmente va ad alterare in vari modi gli equilibri che si stanno formando.
Tuttavia, se necessario, il cambio d’acqua può essere fatto. Poiché i batteri utili sono attaccati ai materiali filtranti, al fondo e agli arredi, il cambio d’acqua non ne rimuove quantità rilevanti.

Maturazione dell’acquario e piante

Solitamente le piante vengono inserite in fase di allestimento, fin da subito. Tuttavia sappiamo che le piante hanno bisogno dell’azoto (e tanto, è un macronutriente) e sappiamo che le piante possono assorbire l’azoto in quasi tutte le forme: urea, ammonio, nitriti e nitrati, con preferenza per l’ammonio, che possono usare direttamente senza alcuna spesa di energia supplementare.

È chiaro, quindi, che, se abbiamo delle piante in acquario, queste entrano in competizione con i batteri, come spiega molto bene, ad esempio, Diana Walstad in un capitolo del suo libro Ecology of the Planted Aquarium, di cui proponiamo la parziale traduzione con l’articolo Assorbimento dell’azoto da parte delle piante acquatiche.

Se le piante sono particolarmente numerose o rapide (come le galleggianti), potremmo non avere un buon sviluppo dei batteri nitrificanti in acquario, poiché le piante assorbono tutti i nutrienti utili per questi batteri.

La Pistia stratiotes è una pianta galleggiante molto rapida.

Per avere buono sviluppo dei batteri, potrebber quindi essere utile mantenere non elevato il numero di piante, in particolare quelle rapidissime, specialmente nei primi periodi, per lasciare spazio anche ai batteri.
Contemporaneamente all’aggiunta del carico organico (pesci), possiamo aggiungere più piante, per aiutare i batteri del filtro ad eliminare le sostanze pericolose e mantenere l’acqua più pulita e salubre.

In altre parole, il consiglio è quello di favorire sia le piante sia i batteri, in maniera da avere più di un mezzo contemporaneo di eliminazione delle sostanze tossiche. È anche una questione di prevenzione – ci si accorge che è utile solo quando se ne ha bisogno ma non si è provveduto.

Avvio senza piante

Esiste, inoltre, il cosiddetto avvio senza piante, ovvero fare la maturazione senza piante e inserirle solo in un secondo momento, in modo da lasciar pieno spazio ai soli batteri.

È una via percorribile, tuttavia l’inserimento di piante improvviso può creare instabilità.
A mio avviso, come per tutte le cose dell’acquario, la gradualità è la chiave: inserendo relativamente poche piante all’inizio e lasciandole sviluppare, avremo una loro crescita secondo quanto disponibile e, quindi, bilanciata con i batteri e tutto il resto.

Acquario “senza filtro”

Leggendo quanto appena detto sopra è lecito pensare di poter affidare totalmente la gestione degli inquinanti legati all’azoto alle piante, eliminando il filtro artificiale. Da notare che ho scritto filtro artificiale, poiché i batteri si insediano comunque nel fondo, sugli arredi etc.

Ciò è assolutamente possibile, si può fare e si fa.
Ma non sono rari i casi di problemi ai pesci causati da questa scelta e da una sua cattiva gestione.
Basta pensare alla comune situazione: “pesci sensibili ai nitrati – estate – caldo –  piante rallentate o bloccate – eventuale fertilizzazione con urea o ammonio”. Lascio immaginare le conseguenze.
Suggerimento: Ammonio, picco dei nitriti e nuova maturazione poiché i batteri non hanno più concorrenza.

Caveat

Non bisogna, infatti, farsi prendere dalla tentazione di far acquari senza filtro artificiale solo per moda o per fare i fighi, ovvero senza pensare e valutare bene le conseguenze di questa scelta e, soprattutto, ascoltando solo i successi di questa gestione.

L’acquario senza filtro è una scelta lecita, non c’è dubbio, ma va fatta da acquariofili esperti, che ne conoscano le implicazioni e, soprattutto, con pesci ed allestimento adatti a questa gestione: non tutti lo sono.

Torneremo su questo argomento in un articolo a parte, per trattarlo in maniera più approfondita di questo accenno.

Come comportarsi dopo la maturazione dell’acquario?

A livello di ciclo dell’azoto, il periodo di maturazione è quello più critico.
Se la maturazione è fatta con calma, senza fretta, e l’inserimento dei pesci è graduale e in numero adatto alle dimensioni dell’acquario, non ci dovrebbero essere grosse difficoltà di gestione.

Di seguito mettiamo alcuni dei problemi comuni che si possono avere in acquario, correlati al ciclo dell’azoto.
La lista non ha pretesa di essere esaustiva: se c’è qualcosa che manca, fatecelo sapere. Abbiamo un nuovo forum: fatevi sentire (anche se avete trovato qualche cavolata) 😀

Livelli dei composti azotati negli acquari

Come abbiamo visto per la fase di maturazione dell’acquario, è possibile monitorare con buona accuratezza (per i nostri scopi) i livelli dei composti dell’azoto. In particolare sono comunemente disponibili i test di ammonio/ammoniaca, il test dei nitriti e quello dei nitrati.

Con questi test possiamo misurare le concentrazioni di questi elementi ma è bene chiarire quali siano gli effetti di queste sostanze, per non dar la sensazione di sparare numeri a caso.

Tossicità di ammoniaca e ammonio negli acquari

L’ammoniaca e l’ammonio sono due composti tossici, la prima molto più tossica del secondo, ma tanto più presente quanto più alto è il pH. Come abbiamo visto, se siamo a pH sotto la neutralità (7), la percentuale di ammoniaca diventa trascurabile. Viceversa, a pH più elevati (quelli richiesti, ad esempio, da allestimenti per pesci dei laghi africani), la concentrazione di ammoniaca diventa considerevole.

Livelli di tossicità

Secondo i dati riportati dagli studi citati da Diana Walstad nel suo libro (pagine 20-21), l’ammoniaca è letale per i pesci a concentrazioni comprese a partire da 0.2 mg/l, mentre possono aversi problemi cronici, senza morte, con concentrazioni protratte nel tempo di già soli 0.002 mg/l di NH3. Questi problemi cronici comprendono inappetenza e scarsa crescita degli avannotti.
È quindi raccomandabile, secondo i dati a disposizione, mantenere concentrazioni di ammoniaca inferiori a 0.01 mg/l. Poiché però i test comunemente a disposizione misurano assieme ammoniaca e ammonio, si può ritenere un valore sufficientemente sicuro un risultato, da questo tipo di test, inferiore a 0.02 mg/l.

Esempio di test dell’ammonio+ammoniaca.

Per quanto riguarda invece le piante, c’è una grande variabilità. Alcune piante soffrono la presenza di ammoniaca e si bloccano e muoiono (es: Stratiotes aloides è morta dopo essere stata esposta 10 settimane a 0.9 mg/l di ammonio). Viceversa, altre piante possono reggere tranquillamente oltre 20 mg/l di ammonio.

Tossicità dei nitriti in acquario

I nitriti risultano altamente dannosi ai pesci poiché si legano all’emoglobina presente nel sangue, impedendo a questa di trasportare l’ossigeno. Si tratta di un fenomeno del tutto analogo alle intossicazioni e morti umane per monossido di carbonio, il quale si lega all’emoglobina, sempre impedendo il trasporto di ossigeno nel sangue.

Livelli di tossicità

Le concentrazioni che rendono letali i nitriti sono variabili e dipendono dai pesci e dalle condizioni dell’acqua. Ad esempio, in uno studio sempre citato da Walstad, metà delle trote analizzate, dopo 3 giorni, è morta con una concentrazione di nitriti di 1.6 mg/l (LC50).
I nitriti sono invece dannosi già a concentrazioni più basse e possiamo intuire la loro presenza osservando difficoltà respiratorie nei pesci, quali il boccheggiamento in superficie o il respiro accelerato. Le concentrazioni dannose possono essere anche molto basse, se prolungate nel tempo. Ad esempio, sempre le trote, esposte a 0.015-0.060 mg/l di nitriti per sei mesi hanno subito danni temporanei alle branchie.

Come abbiamo accennato, i nitriti hanno una tossicità variabile in base ad altri fattori: il primo su tutti è il pH. I nitriti sono, infatti, più tossici a pH basso, poiché i nitriti (NO2) si trasformano in acido nitroso (HNO2), una forma più tossica.
Viceversa, la concentrazione di ioni cloruro (Cl) diminuisce la tossicità dei nitriti, poiché il cloro compete con i nitriti nell’assorbimento da parte delle branchie.
Non a caso, infatti, i nitriti sono molto meno tossici in ambiente marino, data l’elevatissima presenza di ioni Cl (19000 mg/l circa).

Per quanto riguarda le piante, invece, i nitriti non sono solitamente tossici. Ad esempio, la Lemna non è stata intaccata da concentrazioni di nitriti comprese tra 14 e 56 mg/l – mortali per i pesci.

Ciò visto, negli acquari d’acqua dolce è bene mantenere i nitriti a livelli il più bassi possibili: idealmente dovrebbero essere non rilevabili dai comuni test per acquariofilia (<0.03 mg/l, nel caso si abbiano test particolarmente sensibili).

Tossicità dei nitrati in acquario

I nitrati sono la forma meno tossica di composto azotato fra quelle presenti comunemente (escludendo l’azoto gassoso, che fa bollicine e vola via). Tuttavia possiamo definirli infidi.

Raggiungere concentrazioni letali di nitrati è estremamente raro, in acquario.
Non a caso, infatti, quasi mai abbiamo pesci morti per i soli livelli di nitrati. Ad esempio, [3] la tossicità acuta LC50 (50% di morti alla concentrazione data nel tempo di esposizione) dei nitrati per gli avannotti di Guppy (Poecilia reticulata) è di circa 845 mg/l di nitrati per 96 ore.
845 mg/l di nitrati è un valore estremamente alto e per raggiungerlo in acquario bisogna davvero farlo apposta (oltre una decina di cucchiai da minestra di nitrato di potassio solido in 100 litri, più o meno).

Esempio di test dei nitrati. La scala che di solito adottano va da 0 a 100 mg/l.

Al contrario, i nitrati possono dare problemi nel lungo periodo, senza portare alla morte dei pesci o degli invertebrati, ma con effetti avversi.

Tra gli effetti avversi, con concentrazioni già attorno ai 25-30 mg/l, i principali sono:

Tra gli effetti visibili, possono aversi nei pesci malformazioni, minori dimensioni, minori tentativi di riproduzione o maggiore insuccesso delle riproduzioni, giusto per citare i più comuni e visibili.

Questi effetti avversi sono particolarmente diffusi per le specie che provengono da ambienti in cui i nitrati sono normalmente bassi o assenti, come il Lago Tanganyika (NO3 non rilevabili) o molti fiumi del Sud-America (giusto per nominarne qualcuno, Rio Solimões, Rio Sipao e Rio Paraná hanno nitrati inferiori a 0.3 mg/l [4]).

Livelli di tossicità

Una review [5] relativamente recente sugli effetti dei nitrati negli ambienti naturali, raccolti i risultati da vari studi, conclude che una concentrazione di 45 mg/l circa di nitrati (NO3) possa danneggiare, nel lungo periodo, vari invertebrati e pesci.

Raccomanda, inoltre, di mirare a mantenere livelli di nitrati inferiori ai 9 mg/l circa “per proteggere le specie d’acqua dolce più sensibili”.
La review afferma che servirebbero studi più approfonditi nel tempo e variando le condizioni, come pH, concentrazioni di sali etc, tuttavia questo valore appare come ragionevolmente sicuro alla luce dell’attuale letteratura scientifica.

Piccola riflessione sui nitrati nell’acqua di rete o in bottiglia

Da notare che, spesso, l’acqua di rete e alcune acque in bottiglia può contenere nitrati a valori considerevoli.
Il limite di legge è 45-50 mg/l di nitrati, rispettivamente per le acque in bottiglia e quelle di rete, ben superiori a quelli visti sopra come raccomandati per la sicurezza.
Quindi è bene controllare questo valore anche per l’acqua usata per riempire l’acquario e tenerne debito conto. Nelle analisi, il valore dei nitrati è indicato per legge.

Ad esempio, nella zona del veneziano (dove abito), in media ci sono 10-16 mg/l di nitrati, nell’acqua di rete: devo tenerne conto.

Parte delle analisi dell’acqua di rete nella mia zona. Pur essendo pienamente ben entro i limiti di legge (50 mg/l), il valore dei nitrati può dare qualche problema in acquario.

Valori raccomandati in acquario

I valori raccomandati dei composti azotati, alla luce di quanto appena visto sopra (e non come imposizione dall’alto), in un acquario dovrebbero essere:

Manutenzione e ciclo dell’azoto

Gli interventi di manutenzione influenzano il ciclo dell’azoto e, pertanto, è raccomandabile cercare di limitare gli interventi di manutenzione a quelli necessari e a farli in maniera il meno invasiva possibile, scaglionandoli nel tempo.

Ad esempio, poiché molti batteri sono insediati nel fondo, le sifonature li rimuovono, creando potenziali problemi di riequilibrio delle popolazioni batteriche.
Se però c’è comunque troppo accumulo nel fondo e anche la riduzione degli alimenti ai pesci risulta insufficiente a risolvere il problema, si può comunque procedere ad una sifonatura, ma leggera. Invece di infilare il sifone nel substrato, perché non provare a passarlo sulla superficie, come una sorta di aspirapolvere? Si pulisce lo stesso il deposito, ma senza rivoltare il fondo.

Stessa cosa per quanto riguarda la pulizia dei materiali filtranti: invece di pulire tutti i materiali filtranti contemporaneamente, magari sotto al rubinetto, perché non pulirne solo una parte, in un contenitore di acqua dell’acquario? Così facendo non si rimuovono tutti i batteri presenti nei materiali filtranti, con lo squilibrio conseguente.

Se è necessario fare più interventi, conviene farli in momenti diversi. Ad esempio, se si puliscono i materiali filtranti, conviene non sifonare il fondo o fare potature delle piante. Oppure, se si potano le piante, è bene potarne solo alcune, non tutte contemporaneamente.

Si tratta solo di un paio di spunti per agire: l’idea di fondo è quella di limitarsi a fare lo stretto necessario per la manutenzione, senza forzare troppo il sistema-acquario.

Fertilizzazione con composti azotati

Nel caso siano presenti piante e il carico organico risulti insufficiente per fornire l’azoto necessario a queste può essere utile inserire dei concimi per integrare gli elementi mancanti.

In particolare, l’azoto può essere inserito come:

e molti fertilizzanti, sia per acquariofilia, sia generici (per agricoltura), ne inseriscono più di una forma.

Urea in granuli: si può usare, con estrema attenzione, anche in acquario.

Senza entrare nei dettagli (l’articolo si sta facendo lungo), il consiglio spiccio è quello di fertilizzare con questi composti:

  1. solo se necessario
  2. senza esagerare con i dosaggi.

In particolare bisogna fare molta attenzione con il dosare urea ed ammonio, poiché possiamo avere picchi di nitriti (e l’urea non è rilevabile dai test per acquari).
Bisogna, inoltre, fare attenzione a non cedere alla tentazione di alzare parecchio i nitrati.
Come abbiamo visto, stare sotto ai 10 mg/l sembra sia un buon metodo per non dar problemi ai pesci. Si tratta di un valore più che sufficiente per far crescere le piante, anzi, le piante possono crescere rigogliose anche con valori di nitrati più bassi o non misurabili.

Cabomba cresciuta con nitrati non misurabili.

Approfondiremo questo in un articolo dedicato.

Picco di nitriti fuori dalla maturazione

Provo ad immaginare la situazione.

Hai fatto qualche errore di dosaggio dei fertilizzanti…
Hai portato i nitrati da zero a 20-30-50 mg/l, magari usando urea o ammonio…

Lavato il filtro, sifonato il fondo e cambiata tutta l’acqua…
Trattamento antibiotico o con qualche altro farmaco…
“Senza filtro”, le piante ti si sono bloccate…

… e ti ritrovi i pesci pancia all’aria o che respirano come forsennati in superficie?

Probabilmente il ciclo dell’azoto ha avuto qualche problema e si è avuto un picco di nitriti.

Come agire?

I nitriti abbiamo visto essere particolarmente tossici e veloci a far danni.
Quindi appena si notano segni che possano far pensare ai nitriti, conviene fare un test e verificare. Se non si ha il test, meglio non perdere tempo a recuperarne uno e fare quanto suggerito di seguito.

In caso di una situazione particolarmente grave e/o pesci non spostabili, esistono prodotti in grado di rimuovere rapidamente i nitriti. Un esempio: il Prodibio BioDigest (cito questo perché l’ho provato in un paio di occasioni e ho ricevuto riscontri positivi da altri acquariofili; sicuramente ne esistono altri, di altre marche, con efficacia analoga).

Prodibio BioDigest.

Usando un prodotto di questo tipo si inserisce una grande quantità di batteri – spesso si ha una nebbia batterica quando vengono inseriti – che eliminano rapidamente i nitriti e l’ammoniaca.

Bisogna però ricordare che poi il ciclo dell’azoto deve ripartire e poi funzionare da sé. Il prodotto aiuta nel momento di crisi ma non può diventare la soluzione definitiva al problema.
La soluzione definitiva dobbiamo cercarla nella gestione (alimentazione, fertilizzazione), nella manutenzione e nell’allestimento.


Tiriamo le fila

Finalmente siamo giunti alla fine di questo articolo, che spero abbia aggiunto qualcosa rispetto a quanto normalmente si dice sul ciclo dell’azoto.

Abbiamo visto che il ciclo dell’azoto, in acquario, non si limita alla serie di trasformazioni ammonio-nitriti-nitrati. Ci sono, infatti, anche altre trasformazioni, alcune delle quali possono arrivare ad avere un ruolo piuttosto importante, come la denitrificazione.

Abbiamo visto anche che un buon periodo di maturazione – non necessariamente un mese – è fondamentale per l’avvio di un acquario.
Si può dire che quanto più un acquario viene lasciato maturare bene, tanto più sarà stabile nel tempo. C’è chi lascia maturare l’acquario vari mesi, prima di inserire i pesci.

Dopo il periodo di maturazione, inseriti gli ospiti, il ciclo dell’azoto non dovrebbe dare problemi particolari.
Questo a meno di interventi significativi nell’acquario, errori di gestione o grossi cambiamenti.  In caso di problemi, abbiamo visto cosa monitorare e come agire in caso di emergenza.

A conclusione, desidero ringraziare Riccardo, Federico e Luca per le varie revisioni e per aver portato pazienza in seguito alle mie continue domande senza avermi mandato (almeno non esplicitamente 😀 ).


Bibliografia

Walstad DL. Ecology of the Planted Aquarium, Echinodorus Publishing, 2012 (3rd edition)

[1] Edmond JM, Stallard RF et al. Nutrient Chemistry of the water column of Lake Tanganyika, Limnol. Oceanogr. 38 1993.

[2] Gamble TN, Betlach MR, Tiedje JM. Numerically dominant denitrifying bacteria from world soils. Appl. Environ. Microbiol. 33 1977.

[3] Rubin AJ, Elmaraghy GA, Studies on the toxicity of ammonia, nitrate and their mixture to guppy fry. Water Res. 11 1977

[4] Kasselmann C, Aquarium Plants, Krieger Publishing Company, 2003

[5] Camargo JA, Alonso A, Salamanca A. Nitrate toxicity to aquatic animals: a review with new data for freshwater invertebrates, Elsevier, Chemosphere 58 2005

Crediti per le immagini

Modello ammoniaca: By Ben Mills – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3958453
Modello ammonio: Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1499277
Grafico concentrazioni ammonio-ammoniaca-pH: rielaborazione da http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-69162016000200377 (CC BY 4.0)
Modello nitrito: Di Grasso Luigi – Opera propria, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71114576
Modello nitrato: Di Benjah-bmm27 – Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1989694
Testimone: Di tableatny – originally posted to Flickr as BXP135677, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12390748
Boccia con pesce: Pubblico Dominio (CC0).
Zeolite: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11112
Urea in sfere: By LHcheM – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18673771

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