Articolo già pubblicato sulla rivista Coralli N. 19 Il tema “sostanze nutrienti” gioca in acquariologia un ruolo centrale. Riempe interi capitoli di libri scientifici, è stato trattato in molteplici articoli specializzati ed è argomento di conferenze e simposi e compare regolarmente nei forum di Internet e nelle mailing list. Con questo tema si confronta ogni acquariofilo, e questo accade già durante la pianificazione dell’acquario di barriera. L’ecosistema della barriera corallina, il più ricco di specie di questo pianeta, rappresenta un esempio che dimostra quanto sensibile possa dimostrarsi una comunità vivente nei riguardi di variazioni del naturale contenuto di sostanze nutrienti. Moltissimi studi sui coralli, sia in laboratorio sia nei reef naturali, hanno condotto negli ultimi anni a importanti risultati, ed ultimamente questa problematica ha influenzato anche l’acquariologia. Ogni acquario di barriera è una cosa a sè e funziona in modo specifico. Di conseguenza molti acquariofili hanno punti di vista, opinioni ed esperienze differenti. Soltanto in poche altre tematiche le idee tra gli appassionati divergono tanto quanto per il contenuto di sostanze nutrienti nell’acqua marina. Pertanto nella “moderna acquariologia di barriera” è necessario far confluire i risultati della ricerca scientifica nel nostro hobby, per focalizzare meglio l’argomento sostanze nutrienti nella sua complessità e per poterne discutere. Le conoscenze di base sulle sostanze nutrienti, che ogni acquariofilo dovrebbe possedere, sono reperibili nella letteratura standard di apprendimento (Fossa & Nielsen 2001, Adey & Loveland 1998, Delbeek & Sprung 1996), e in questo contesto si vuole indirizzare i lettori verso questo tipo di letteratura, Il presente articolo e i successivi su tematiche correlate non cercano solo di fornire dettagliate informazioni sull’argomento “sostanze nutrienti”, ma si sforzano soprattutto di proporre sotto una forma elaborata acquariologicamente, le nuove ed attuali conoscenze attinte dalla letteratura scientifica..
In questo senso, vuole essere anche un tentativo di raccogliere e presentare le innumerevoli esperienze degli acquariofili marini. Durante varie, molto produttive e per tutti i partecipanti, istruttive discussioni sono stati accorpati molti fatti, dati ed esperienze che nell’ambito di questo articolo voglio presentare a tutti gli acquariofili interessati. Pertanto l’articolo rispetta anche l’attuale stato dell’acquariologia di barriera europea in relazione al tema “sostanze nutrienti”. In questa prima parte voglio definire tale concetto, presentando brevemente almeno per noi le più importanti sostanze nutrienti presenti in acquario. In questa direzione si vuole prendere in considerazione anche la possibilità di misurare tali sostanze. Successivamente un excursus nella barriera corallina tropicale fornirà informazioni riguardanti la concentrazione di quelle più rilevanti in natura. Nel prossimo articolo impareremo a conoscere l’alimentazione dei coralli zooxantellati. Ci occuperemo in dettaglio del concetto di simbiosi tra coralli e zooxantelle, come pure si discuterà del sostentamento eterotrofo dei nostri ospiti, verso i quali dovremmo regalare una maggiore attenzione verso la somministrazione di fito e zooplancton. Il terzo articolo si cimenterà con le varie sostanze ed elementi nutrienti, fornendo notizie sulla loro rilevanza biologica/biochimica. Saranno spiegati i diversi e popolari sistemi acquariologici, compresi anche quelli “giovani” come il “Miracle mud” e la “Zeolite”, soprattutto considerando l’interrogativo con il quale tali tecniche cercano di evitare l’accumulo dei nutrienti in acquario e la loro stabilizzazione in una concentrazione ridotta. Nel quarto ed ultimo articolo della serie, si cercherà di dare una risposta ai quesiti sulla limitazione delle sostanze nutrienti e sulla loro sintomatica nei coralli, e di fornire dei consigli su come e con quale forma dosare le sostanze nutrienti, in caso di un’acuta limitazione.
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Cosa sono le sostanze nutrienti?Come sostanze nutrienti definiamo in prevalenza tutti quei composti chimici che vengono assunti dagli organismi e che contengono elementi nutrizionali. Servono alla fornitura di energia (“sostanze nutrienti principali”), oppure soddisfano speciali funzioni nel metabolismo (“sostanze nutrienti essenziali”) (Luning 1985). Sono elementi nutritivi quelli chimici, che per un determinato organismo in una certa maniera, si rivelano di importanza vitale (essenziali), Certo, ogni organismo assume dal suo ambiente una moltitudine di diversi elementi, ma questo non significa che tutti siano anche vitali. Molti elementi chimici vengono assimilati e spesso immagazzinati passivamente, ad esempio dall’alimentazione o assunti attraverso il corpo e la superficie delle piante, ma non hanno però alcuna funzione vitale (Strasburger 1991). La grande varietà di organismi su questo pianeta implica che diversi evidenzino talvolta composizioni di elementi differenti. Un elemento che per una specie è di importanza vitale, può per un’altra essere del tutto irrilevante. Le sostanze nutrienti sono essenzialmente i carboidrati (zuccheri), i lipidi (grassi) e le proteine (albumine). La trasformazione di queste sostanze nutrienti principali attraverso l’ossigeno (“respirazione-ossidazione”), fornisce energia agli organismi che viene riutilizzata per la costruzione della biomassa (“massa corporea”) e per il mantenimento di tutti i processi che richiedono energia.
D’altra parte le sostanze nutritive essenziali adempiono a compiti importanti nell’ambito del metabolismo. Di questi fanno parte soprattutto le vitamine, determinati amminoacidi, gli acidi grassi ed i minerali. Mentre le prime tre citate sono molecole organiche, i minerali sono sempre di natura inorganica. Le molecole organiche costituiscono dei composti chimici che comprendono l’elemento carbonio. Il nome deriva da un tempo, quando i ricercatori naturalisti diverse centinaia di anni fa, credevano che queste sostanze potessero essere prodotte solo dagli organismi viventi (oggi sappiamo che non è così). In ogni caso, le sostanze inorganiche si trovano di natura inanimata. Ma è importante comprendere che le molecole organiche possono essere prodotte sempre da composti di partenza inorganici, siano essi di organismi, attraverso la reazione chimica di natura inanimata, oppure sintetici per mezzo dell’uomo con le sue applicazioni industriali. Il concetto “sostanza nutriente” è diventato ultimamente sinonimo di molti composti chimici. Quello che noi acquariofili indichiamo quando utilizziamo questa definizione sono in prevalenza i minerali inorganici. In tal senso si utilizza spesso la parola sale nutriente, quando si tratta di molecole o composti ionici, cioè sali (ad esempio l’anione del nitrato NO3-), oppure l’elemento nutritivo, quando indichiamo un singolo elementi che è vitale (ad esempio il ferro, Fe). In molti elementi nutritivi si trovano componenti di sali nutrienti, come nel caso dell’azoto nella molecola del nitrato. Alcuni elementi nutritivi però, si trovano in maniera dissociata (dissociazione:degrado di molecole), sciolti come ioni nellacqua marina e non si trasformano in molecole. In questa direzione si potrebbe prendere ad esempio il catione di sodio Na+ oppure quello del calcio Ca2+. In seguito continuerò ad esprimermi con la definizione di sostanze nutrienti, volendo indicare i sali inorganici (ad esempio l’anione del nitrato), oppure utilizzerò il concetto di elemento nutritivo, quando ad esempio mi riferirò solo all’azoto come uno degli organismi importanti per l’organismo. Voglio introdurre e definire due ulteriori concetti. Gli elementi nutritivi si dividono in base al loro contenuto negli organismi, in macro elementi nutritivi e microelementi nutritivi. In tal senso si parla di macro elementi nutritivi, quando il contenuto nell’organismo è maggiore di 1 mg per g di peso a secco (>1mg/g PS).
La tabella 1 fornisce una panoramica dei più importanti elementi nutritivi, il loro contenuto e la concentrazione nel fitoplancton marino. In questo senso bisogna prestare attenzione alla seguente possibilità di scambio: nella chimica marina gli elementi presenti nell’acqua di mare vengono suddivisi in macro elementi e micro elementi. I primi sono i componenti principali dell’acqua marina e si definiscono attraverso la loro concentrazione che è maggiore di 1 mg per litro (>1 mg/l). Al contrario i micro elementi e le sostanze traccia (oligoelementi), nell’acqua marina sono sempre contenuti in misura minore ad 1 mg per litro(<1 mg/l). Molti macro elementi (componenti principali) dell’acqua di mare costituiscono però spesso per gli organismi dei micro elementi nutritivi, e il contrario (tabella 1). Qui ad esempio va citato l’anione di cloruro (Cl-), che nell’acqua marina è presente in eccesso, ma che è necessario agli organismi come elemento nutritivo soltanto in ridottissime quantità. In corrispondenza taluni elementi nutritivi si devono arricchire nell’organismo, mentre l’eccessiva assunzione di altri deve essere evitata. La tabella 2 mostra i componenti principali dell’acqua marina e i rispettivi contenuti.
Quali sono le sostanze nutritive significative per un acquario di barriera?Nei nostri acquari insieme ai pesci curiamo degli animali invertebrati come i ricci di mare, le lumache, i molluschi o i crostacei, ma soprattutto alghe e coralli. Naturalmente anche i coralli sono organismi animali, tuttavia negli acquari di barriera troviamo quasi ed esclusivamente quei coralli che vivono in simbiosi con le alghe unicellulari. Queste alghe vengono chiamate zooxantelle. Dato che le zooxantelle, quali organismi vegetali, svolgono la fotosintesi legando in questa maniera i coralli alla luce, si possono comprendere sia le alghe che vivono in acquario sia i coralli zooxantellati, in un gruppo funzionale. Ciò rende possibile, in relazione alle sostanze nutritive nell’acquario di barriera, un trattamento indifferenziato per le alghe ed i coralli zooxantellati. Al contrario le zooxantelle nei coralli hanno le stesse necessità delle alghe rimanenti, che vivono nell’acquario. Le piante sono fotoautotrofe. Questo significa che sono in grado di sfruttare l’energia della radiazione solare, per riuscire a produrre delle sostanze nutritive principali ricche di energia come i carboidrati. Le piante producono per così dire il loro nutrimento da sole. Per riuscire a farlo, devono assumere dal loro ambiente determinati composti inorganici. Negli ecosistemi acquatici le piante assumono le loro sostanze nutritive direttamente dall’acqua oppure, nel caso di quelle terrestri, dal terreno. Le alghe non possiedono però radici e sono in prevalenza costrette a coprire il loro fabbisogno nutritivo attraverso l’assimilazione dell’acqua. L’anidride carbonica CO2 fa parte delle più importanti sostanze nutritive. Questo composto di carbonio inorganico costituisce la sostanza di uscita per quelle principali, prodotte nella fotosintesi. La CO2 è facilmente solubile in acqua ed è disponibile per la maggioranza delle piante acquatiche sotto la forma di CO2 disciolta, oppure come ione di idrogeno carbonato (HCO3-). Questa importante sostanza nutritiva non possiamo certamente trascurarla nell’acquariologia di barriera, ma attraverso la forte circolazione dell’acqua e soprattutto attraverso l’impiego degli schiumatoi, l’anidride carbonica presente nell’aria si scioglie continuamente nell’acqua marina e può per questo essere sfruttata dalle alghe e dalle zooxantelle per la fotosintesi. Nel refugium con alghe, che vengono illuminati per 24 ore, è possibile che si verifichi in maniera rilevante una carenza di CO2 o di anioni di idrogeno carbonato. Il tema carenza di CO2 negli acquari di barriera è già stato trattato in letteratura (Brockmann, 1999). In questo articolo non si vuole approfondire la tematica sull’anidride carbonica. Ulteriori importanti sostanze nutritive sono i composti azotati come il catione di ammonio (NH4+), l’anione del nitrato (NO3-), oppure i composti del fosforo, soprattutto l’anione di fosfato inorganico (Ortofosfato), PO43-. Inoltre dobbiamo tenere in considerazione altri elementi nutritivi che nell’acqua marina evidenziano una concentrazione estremamente ridotta, ma che per le alghe rappresentano dei macro elementi nutritivi. Tra questi sono importanti ad esempio il silicio, come pure altri elementi traccia. Tra gli elementi traccia si trovano quelli nutritivi quali il ferro (Fe2 +, Fe3 +), il manganese (Mn2 +), il molibdeno (Mo6 +), il rame (Cu2 +), lo zinco (Zn2 +), o il cobalto (Co2+), che nel metabolismo giocano un ruolo molto importante come componenti degli enzimi (co-fattori). Nel terzo articolo di questa serie ci occuperemo dettagliatamente delle sostanze nutrienti citate.
Sostanze nutrienti disciolte organiche e inorganicheOgni composto organico viene prodotto dal suo legame di uscita inorganico. Quando questi composti organici vengono scomposti, si degradano nuovamente nelle stesse sostanze inorganiche di uscita.. Ad esempio gli amminoacidi: un amminoacido è formato da diversi componenti. Uno di questi è lo ione dell’ammonio che contiene azoto, NH4+. Molti organismi sono in grado di produrre gli amminoacidi autonomamente. Le piante riescono, come si sa, a sintetizzare moltissimi o addirittura tutti gli amminoacidi per loro necessari, e devono a tale scopo assumere lo ione dell’ammonio dall’ambiente circostante. Se l’amminoacido viene scomposto, lo ione dell’ammonio è ceduto come sostanza nutriente inorganica. L’elemento nutritivo azoto (N) può essere quindi a disposizione degli organismi come sostanza nutriente inorganica (NH4+), oppure come organica (amminoacido). L’ultima ha il vantaggio di fornire all’organismo un amminoacido finito, mentre nel primo caso lo stesso deve prima essere costruito con un dispendio energetico. Ci confronteremo ancora spesso con la differenza tra le sostanze nutritive organiche ed inorganiche disciolte nell’acqua, ad esempio nella parte seguente. Possibilità di misurazione delle sostanze nutrienti in un acquario di barrieraDall’industria che produce prodotti per l’acquariologia, ci vengono messi a disposizione soltanto i reagenti di misurazione per una ridottissima parte delle sopracitate sostanze nutritive. Esistono reagenti acquistabili che funzionano anche con l’acqua marina per le sostanze inorganiche ammonio (NH4+), nitrito (NO2 -), e nitrato (NO3-) come pure per il fosfato inorganico (PO43-), il silicato (SiO2 ) e lo ioduro (I2 -). Purtroppo non siamo in grado di determinare in maniera quantitativa degli importanti elementi di traccia, quali ad esempio il ferro o il manganese. Certo per il ferro sono disponibili dei test adatti all’acqua dolce, ma per gli acquari marini sono in prevalenza inadatti, anche se i produttori indicano il contrario, e la correttezza dei risultati dei test è spesso dubbia. Dei test per uso marino vengono offerti ad esempio anche dalle ditte “Merck” e “Macherey & Nagel”, tuttavia questi prodotti sono spesso molto cari. Per certe applicazioni (ad esempio contenuto di fosfati molto ridotti) non sono però sostituibili da prodotti per acquariologia. In aggiunta va detto che, a causa della mancata considerazione del significato biologico degli elementi di traccia in acquariologia, una misurazione non era necessaria. Gli elementi traccia vengono spesso dosati a discrezione, oppure rimpiazzati attraverso regolari cambi d’acqua. Ma non abbiamo alcuna certezza di quanto sia elevata la concentrazione di queste sostanze nell’acquario marino. Un dosaggio eccessivo oppure una carenza di elementi traccia non può quindi essere determinato quantitativamente. Soltanto attraverso un’attenta osservazione degli ospiti del nostro acquario, siamo in grado di valutare se dobbiamo dosare degli oligoelementi oppure no. Quello che in ogni caso non possiamo misurare con alcuno dei comuni test, sono le sostanze organiche disciolte, come ad esempio l’azoto organico (ad esempio sotto forma di amminoacidi) oppure il fosforo organico. Dobbiamo quindi sempre ricordarci: anche quando l’acqua del nostro acquario non evidenzia o quasi sostanze nutritive inorganiche come nitrati o fosfati non significa che siamo in presenza di un’acqua che ne è povera. Anche con queste condizioni di una esigua presenza di sostanze nutritive, quelle organiche non misurabili possono condurre ad un’indesiderata crescita di alghe. In questo caso, ci si trova apparentemente dinnanzi ad un dilemma irrisolvibile. L’affidabilità dei misuratori dell’industria acquariologica, negli ultimi tempi è stata esaminata da acquariofili impegnati per mezzo di una serie di prove ben pianificate e riproducibili. Non sono quindi necessarie costose analisi svolte in laboratorio da personale altamente qualificato, se questi test vengono attuati scrupolosamente e in maniera riproponibile. Soprattutto i misuratori per fosfati, calcio e magnesio sono stati oggetto di prove e purtroppo si è dimostrato che molti, ma non tutti, evidenziavano risultati errati e fonrtemente fuorvianti. Attraverso la collaborazione di questi acquariofili con l’industria del settore, l’affidabilità e le modalità di impiego dei misuratori possono comunque essere sviluppate e migliorate. Se vogliamo testare quantitativamente il contenuto delle sostanze nutritive nell’acqua dei nostri acquari, è richiesta una certa attenzione. Si consiglia ad ogni acquariofilo di verificare i risultati di una misurazione, con una seconda prova effettuata per mezzo di un test di un altro produttore, per individuare in tempo i possibili errori di valutazione. L’ammonio, i nitrati e i fosfati inorganici dovrebbero essere determinati con regolarità. Per la fase di “rodaggio” è necessario in qualsiasi caso anche un test per i nitriti. Un’importante considerazione riguarda la durata di questi misuratori: ogni test dovrebbe essere accompagnato da una data di scadenza stabilita dal produttore, che deve essere controllata anche durante l’acquisto. Inoltre tutti i test devono essere conservati
Il contenuto delle sostanze nutritive negli ambienti naturali del reef corallinoI reef corallini tropicali si trovano in acque estremamente povere di sostanze nutritive. In sostanza bisogna distinguere, se abbiamo a che fare con dei reef oceanici, che si sviluppano a grande distanza dalla piattaforma continentale su isole vulcaniche o rilievi sottomarini (ad esempio le Hawaii, le Maldive), oppure se ci stiamo riferendo a dei reef dislocati in prossimità della costa (neritici). E’ necessario effettuare questa distinzione perchè la gran parte delle acque costiere vengono maggiormente inquinate da sostanze nutritive attraverso i fiumi e gli insediamenti umani, rispetto a quelle più esterne in Oceano aperto. Negli ultimi tempi le acque costiere sono influenzate molto negativamente dall’apporto di fertilizzanti agricoli ed erbicidi, un pericolo al quale sono sottoposte principalmente le barriere coralline. Se iniziamo con l’acqua oceanica, stabiliremo che le sostanze nutritive non sono quasi misurabili neppure con i metodi più sensibili. Qui gli organismi vegetali (fitoplancton) non possono pressochè esistere, per non parlare della loro crescita e riproduzione (fioritura algale). Improvvisamente in un’area di isole vulcaniche si trovano dei reef corallini; delle oasi nel deserto! Ma come può essere? Si tratta di un campo di ricerca molto attuale, in relazione al quale il Zentrum fur Marine Tropenokologie (ZMT) (centro per l’ecologia marina tropicale) di Brema, ha negli ultimi anni raccolto nuove conoscenze (Richter, 1998). Il reef corallino si può considerare come una trappola per sostanze nutritive che filtra in maniera estremamente efficiente le sostanze nutritive organiche ed inorganiche disciolte nell’acqua, valorizzandole in ugual misura attraverso una complessa catena alimentare. Questo sistema funziona talmente bene, da rendere addirittura disponibile un eccesso di queste sostanze, che viene nuovamente disperso nell’ambiente povero di nutrienti.. Solo in questo modo il reef corallino è in grado di esistere. Un aspetto ulteriore è dato dall’evoluzione della simbiosi, della quale mi occuperò in dettaglio con altri articoli di questa serie. Tanto il sistema si rivela efficace, tanto sensibilmente reagisce ai disturbi esterni, come ad esempio verso un apporto di sostanze nutritive troppo elevato attraverso l’agricoltura. Le tipiche concentrazioni di sostanze nutritive che si possono misurare quantitativamente nei reef corallini intatti, sono esposte nella tabella 3. In maniera da disporre di un confronto migliore, questi valori sono stati ricalcolati dall’unità umol/l a ug/l (u=micro, per il ricalcolo da ug/l a mg/l diviso per 1000). Così facendo l’acquariofilo avrà davanti ai propri occhi un quadro conosciuto e potrà confrontare tali valori con i propri risultati misurativi. Con una più attenta lettura della tabella 3 dovrebbe evincersi che all’interno di una regione i contenuti delle sostanze nutritive possono essere molto differenti (Kaneohe Bay, Hawaii). Questo riguarda soprattutto il contenuto dell’azoto. In questo senso le discrepanze standard che concernono tutto l’azoto inorganico disciolto (dall’inglese DIN=Dissolved Inorganic Nitrogen), l’ammonio ed il NOx (Nitrato+Nitrito) sono molto elevate, talvolta già negative, ed indicano un’ampia fluttuazione all’interno dei valori di misurazione medie. Un quadro completamente diverso si presenta nel caso dei fosfati inorganici: qui i valori di misurazione medi sono sensibilmente più costanti e si discostano meno da quelli standard. Questo dipende da una parte dal fatto che molti organismi di barriera sono fosforo limitati ed assumono avidamente quello presente nell’acqua, dall’altro però anche dal complesso ciclo metabolico nel quale l’azoto può essere trasformato nell’ambito di un sistema. Queste osservazioni si rispecchiano in un certo senso anche nei nostri acquari di barriera. Nella letteratura scientifica si trovano poche indicazioni riguardanti le sostanze nutritive organiche disciolte. Qui rivestono un significato anche acquariologico dei concetti come: quantità totale di azoto organico disciolto (dall’inglese DON=Dissolved Organic Nitrogen) e quantità totale di fosforo organico disciolto (dall’inglese DOP=Dissolved organic Phosphorous), tutte nozioni sulle quali torneremo negli articoli seguenti. Inoltre bisogna puntualizzare che nella Great Barrier Reef (GBR), quindi un reef neritico, si evidenziano concentrazioni di sostanze nutritive sensibilmente superiori rispetto ai reef oceanici dinnanzi alle Hawaii. Questa caratteristica è dovuta al maggiore apporto attraverso le acque costiere, gli insediamenti umani e l’agricoltura. Nella tabella sono confrontabili anche dei gradienti tra barriere vicine e lontane dalla costa della GBR, con una tendenza verso concentrazioni di sostanze nutrienti più elevate nelle aree prossime alla costa. Se partiamo dal presupposto che nell’acquariologia di barriera un valore medio di nitrati di 7 mg/l (113 umol/l) è considerato comune, e lo confrontiamo con quello di un reef naturale di 0,062 mg/l (1 umol/l), allora apprezzeremo un arricchimento di nitrati nell’acquario di barriera che si estende ben oltre il fattore 100. Tali concentrazioni di nitrati in un acquario di barriera equivalgono quindi ad una feritilzzazione molto intensa, che non è riscontrabile in natura. In base alla tabella 3 si evince che perfino un valore di nitrati di 0,062 ug/l si trova piuttosto nella zona superiore tra quelli possibili nei reef corallini naturali. Se ci si basa sul fatto che le barriere si sono adattate ad un ambiente estremamente povero di sostanze nutritive, e pertanto evidenziano una spiccata sensibilità verso gli incrementi delle stesse, allora questo per noi significa che nel campo dell’acquariologia di barriera ci dobbiamo adattare molto bene per fare si che le nostre barriere coralline artificiali possano funzionare con una tale iper fertilizzazione. Nel prossimo della serie di questi articoli tornerò sull’argomento.
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Sostanze nutrienti nell’acquario di barriera
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ottimo articolo io mi trovo con i nitrati a0 e sono in maturazione da 38 giorni red sea mi dice di portarlo a 1ppm 2,5 ppm e uso il algae manegement n03 po4 x quindi non lo aggiungo visto che il prodotto tiene basso il nitrito e fosfato giusto cosa dici?