Il ciclo dell'azoto
Lungi da me fornire, con questo articolo, una corretta e specifica analisi scientifica sul ciclo dell’azoto.
Voglio solo condividere con voi la mia esperienza e le nozioni che ho imparato studiando l’argomento.
In molti di noi, la passione per gli acquari è nata dopo aver visto acquari e animali allevati da altri appassionati ovvero in negozi specializzati.
Tutto molto ben organizzato, animali bellissimi, probabilmente sistemi automatizzati …etc… e quindi nasce la voglia di avere lo stesso acquario o addirittura averne uno più bello.
Prima di arrivare a un acquario stabile e comunque prima di renderlo idoneo ad ospitare i nostri animali è necessario, però, portarlo a regime.
L’avvio di un acquario non è una cosa così semplice come si potrebbe pensare, niente di impossibile, ma richiede comunque attenzione.
Che cosa vuol dire avviare un acquario e portarlo a regime o renderlo stabile?
Non vuol dire solo riempirlo d’acqua, avviare il filtro e attendere i 30, 40 o 60 giorni che spesso e volentieri leggiamo in giro sul web.
Avviare un acquario vuol dire dare inizio al processo di nitrificazione o più semplicemente al ciclo dell’azoto.
L’azoto è uno degli elementi più importanti della vita e nella sua forma gassosa (N2) costituisce il 78% della troposfera.
Se è già disponibile in grosse quantità, perché dovremmo preoccuparcene? Perché è importante nell’avvio di un acquario?
Perché il nostro acquario non è il lago o il fiume dal quale provengono i nostri animali, ove il ciclo dell’azoto è già avviato e stabile.
Quando decidiamo di avviare un acquario, il nostro intento dovrebbe essere quello di ricreare un habitat quanto più possibile simile al biotipo di origine e infatti in virtù di questo scegliamo il tipo di fondo da utilizzare (inerte, calcareo o allofano), adeguiamo la temperatura, il PH, il GH e il KH, in base alla specie che intendiamo allevare.
Bene, allo stesso modo dobbiamo preoccuparci di avere un ciclo dell’azoto stabile.
L’azoto allo stato gassoso, che troviamo nell’atmosfera, non può essere assorbito o usato come nutriente dalle piante e dagli animali. È necessario che venga trasformato.
Come funziona il ciclo dell’azoto in natura?
L'azoto atmosferico si discioglie nell’acqua. L’azoto appena disciolto in acqua si appoggia sulla superficie del nostro lago, fiume o ruscello, ma in questa forma non è ancora assimilabile dalla maggior parte degli esseri viventi.
Voglio solo condividere con voi la mia esperienza e le nozioni che ho imparato studiando l’argomento.
In molti di noi, la passione per gli acquari è nata dopo aver visto acquari e animali allevati da altri appassionati ovvero in negozi specializzati.
Tutto molto ben organizzato, animali bellissimi, probabilmente sistemi automatizzati …etc… e quindi nasce la voglia di avere lo stesso acquario o addirittura averne uno più bello.
Prima di arrivare a un acquario stabile e comunque prima di renderlo idoneo ad ospitare i nostri animali è necessario, però, portarlo a regime.
L’avvio di un acquario non è una cosa così semplice come si potrebbe pensare, niente di impossibile, ma richiede comunque attenzione.
Che cosa vuol dire avviare un acquario e portarlo a regime o renderlo stabile?
Non vuol dire solo riempirlo d’acqua, avviare il filtro e attendere i 30, 40 o 60 giorni che spesso e volentieri leggiamo in giro sul web.
Avviare un acquario vuol dire dare inizio al processo di nitrificazione o più semplicemente al ciclo dell’azoto.
L’azoto è uno degli elementi più importanti della vita e nella sua forma gassosa (N2) costituisce il 78% della troposfera.
Se è già disponibile in grosse quantità, perché dovremmo preoccuparcene? Perché è importante nell’avvio di un acquario?
Perché il nostro acquario non è il lago o il fiume dal quale provengono i nostri animali, ove il ciclo dell’azoto è già avviato e stabile.
Quando decidiamo di avviare un acquario, il nostro intento dovrebbe essere quello di ricreare un habitat quanto più possibile simile al biotipo di origine e infatti in virtù di questo scegliamo il tipo di fondo da utilizzare (inerte, calcareo o allofano), adeguiamo la temperatura, il PH, il GH e il KH, in base alla specie che intendiamo allevare.
Bene, allo stesso modo dobbiamo preoccuparci di avere un ciclo dell’azoto stabile.
L’azoto allo stato gassoso, che troviamo nell’atmosfera, non può essere assorbito o usato come nutriente dalle piante e dagli animali. È necessario che venga trasformato.
Come funziona il ciclo dell’azoto in natura?
L'azoto atmosferico si discioglie nell’acqua. L’azoto appena disciolto in acqua si appoggia sulla superficie del nostro lago, fiume o ruscello, ma in questa forma non è ancora assimilabile dalla maggior parte degli esseri viventi.
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Gli organismi che vivono su detta superficie, i batteri Azotobacter, “mangiano” azoto e lo trasformano in ammoniaca e ioni ammonio, secondo questa reazione:
N2 + 3 H2 -> 2 NH3 Questa fase viene chiamata fissazione dell’azoto. |
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Dopo la fissazione dell’azoto, intervengono i batteri Nitrosomonas grazie ai quali l’ammoniaca viene dapprima ossidata a idrossilammina:
NH3 + O2 + 2 H+ + 2 e– → NH2OH + H2O successivamente l’idrossilammina viene convertita in nitriti: NH2OH + H2O → NO2– + 5 H+ + 4 e– Questa fase viene chiamata nitrosazione. |
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Dopo questo passaggio intervengono altri batteri, i Nitrobacter, (FOTO) grazie ai quali avviene l’ossidazione del nitrito in nitrato: 2 NO2– + O2 → NO3– Questa fase viene chiamata nitratazione. |
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Queste ultime due fasi creano un processo che prende il nome di nitrificazione.
I batteri che permettono la nitrificazione rientrano nella famiglia dei Proteobacteria, che a loro volta si suddividono in 4 gruppi genetici: alfa, beta, gamma e delta (vedi tabella sotto).
La maggior parte degli ossidanti dell’ammoniaca appartiene al gruppo beta. Un’eccezione è il Nitrosococcus oceanus che infatti appartiene al gruppo gamma.
I batteri ossidanti dei nitriti appartengono ai tre gruppi: alfa, gamma e delta.
Studi recenti indicano, però, che il genere Nitrospira potrebbe essere affiliato a un gruppo genetico separato dai quattro esposti sopra.
I batteri ossidanti dei nitriti appartengono ai tre gruppi: alfa, gamma e delta.
Studi recenti indicano, però, che il genere Nitrospira potrebbe essere affiliato a un gruppo genetico separato dai quattro esposti sopra.
Precisiamo sin da subito che Ammoniaca (NH3) e Nitriti (NO2–) sono sostanze nocive e dannose per i nostri animali, anche in minime quantità. Anche i Nitrati (NO3–) lo sono, ma solo in concentrazioni elevate (di solito >40/50 ppm) e comunque a concentrazioni diverse per ogni tipo di animale che alleviamo, in base alla loro sensibilità e all’habitat di provenienza.
In un acquario avviato, gli animali e le piante garantiranno un ciclo dell’azoto continuo. Un flusso ininterrotto di nitrificazione che renderà l’acquario stabile. Gli animali con i loro escrementi, le piante con le loro foglie morte e la relativa decomposizione favoriranno la generazione di ammonio e ammoniaca, fornendo energia (cibo) ai batteri che li trasformeranno in nitriti; quindi, i nitriti prodotti saranno consumati dagli altri batteri per trasformarli in nitrato, e così via. Anche il mangime non consumato, che andrà in decomposizione, contribuirà al processo.
In un acquario nuovo, questo processo ha bisogno di essere favorito dalle nostre scelte e dalla nostra dedizione. Il filtro, il substrato e tutte le superfici del nostro acquario, infatti, non sono ancora colonizzati da batteri. Sarà necessario, quindi, favorire un’adeguata popolazione batterica prima di immettere i nostri animali.
Perché?
Perché se immettessimo subito i nostri animali, essi rilascerebbero escrementi che verrebbero a loro volta ossidati in ammoniaca, che abbiamo detto essere mortale per i nostri amici. In base al processo che abbiamo descritto sopra si formerebbero, poi, dei batteri in grado di ossidare l’ammoniaca in nitriti. In pratica se non li uccide la concentrazione di ammoniaca, lo farà la concentrazione di nitriti.
Il nostro compito sarà quello di agevolare la colonizzazione del nostro filtro da parte di batteri Nitrosomonas e Nitrobacter.
Il tempo da solo non è sufficiente. Come detto non basta aspettare i canonici 30-40-60 giorni senza nutrire i nostri batteri. Questi, infatti, sono autolimitanti, nel senso che si auto limitano nella crescita, in base alla quantità di nutrienti a disposizione. Ciò vuol dire che alla presenza di pochi composti azotati avremo una colonia batterica minima e non sufficiente a “reggere” il carico organico del nostro acquario.
Ipotizzando di voler popolare in gran quantità l’acquario avrò bisogno di molti batteri in grado di smaltire la gran quantità di escrementi che questi espelleranno, altrimenti avrò dei picchi di ammoniaca e nitriti.
Come avrete intuito, quindi, è necessario valutare bene il carico organico che dovrà smaltire il nostro filtro in modo da modulare bene la quantità di batteri che sarà necessaria ottenere.
Entrambi i processi, che portano alla nitrificazione, richiedono ossigeno e devono quindi necessariamente avvenire in condizioni aerobiche; la concentrazione di ossigeno disciolto deve quindi essere superiore a 2,0 mg/L e mai inferiore a 0,5 mg/L. Per questo motivo è utile lasciare la mandata del filtro sopra la superficie in modo da increspare l’acqua e favorire lo scambio gassoso.
Sia Nitrosomonas che Nitrobacter sono batteri chemio-autotrofi che utilizzano carbonato di calcio (CaCO3) e di potassio (K2CO3) come fonte di carbonio e richiedono un ambiente neutro o parzialmente alcalino per portare a termine le reazioni.
Nella fase di ossidazione dell’ammoniaca, lo ione idrogeno è rilasciato durante il processo causando un abbassamento del PH, con conseguente diminuzione dell’alcalinità. Quest’aspetto deve essere monitorato soprattutto se il KH del nostro acquario è basso (ad esempio se usiamo un fondo allofano). A causa dell’abbassamento del PH sarebbe opportuno rifornire il sistema biologico di alcalinità, consentendo ai batteri di mantenere un optimum di attività. Attenzione però, un rapido cambio del PH fa diminuire in maniera importante l’attività biochimica delle colonie batteriche.
Il fattore PH è molto importante anche perché quando ha un valore uguale o minore di 5-5,5 i batteri subiscono la competizione dei funghi, i quali spesso e volentieri hanno il sopravvento.
È importante sapere anche un’altra cosa: la nitrificazione raggiunge un valore ottimale a temperature comprese tra i 25 e i 35 °C. Al di sopra o sotto di tali valori il processo è rallentato e il tasso di crescita dei microrganismi è estremamente ridotto.
In condizioni ottimali, bastano solo 12/15 ore per raddoppiare le dimensioni di una colonia! Il tutto, in relazione alla concentrazione del substrato disponibile nel sistema.
Un altro fattore importante per rendere stabile il processo di nitrificazione, nelle fasi iniziali, è mantenere costante la portata del filtro e il carico organico disponibile. Per tale ragione sono sconsigliati frequenti cambi di acqua.
Un altro aspetto importante è l’illuminazione, poiché la luce inibisce lo sviluppo dei batteri nitrificanti, principalmente dei nitrosanti; sarà opportuno non illuminare il nostro acquario o per lo meno il filtro contenente il materiale filtrante. La luce ossida il citocromo-C batterico e inibisce lo sviluppo dei nitrificanti, in particolare di Nitrobacter.
