Relazione tra fotosintesi e nutrienti (ecofisiologia)
 

Che relazione c'è fra fotosintesi e nutrienti?
La fissazione del carbonio è strettamente associata alla disponibilità di azoto . Per esempio, la quantità di azoto proteico nella foglia è in misura della quantità di proteine presenti ed è spesso correlata alla quantità di Rubisco e alla quantità di clorofilla e può essere, quindi, interpretata come una misura dell'ammontare dell' apparato fotosintetico" nella foglia. Comunque il tasso massimo di fotosintesi dipende dalla disponibilità di azoto. Alcuni sostengono quindi che se la concentrazione di CO 2 aumenta, la fotosintesi totale, e quindi la fissazione di anidride carbonica, aumenterà solamente se l'azoto a livello globale sarà sufficiente e non limitante.
Inoltre esiste tutta una serie di nutrienti ( fosforo, potassio, magnesio e ferro ) che sono presenti in minore quantità ma che giocano ruoli molto importanti nella fisiologia delle piante. Un'eventuale loro carenza può provocare una diminuzione significativa della fotosintesi (es: clorosi).
I nutrienti minerali di cui si nutrono le piante sono classificati dagli ecofisiologi in base alle quantità richieste dalle piante stesse.



Macro-nutrienti

Carbonio CO 2 » 44% Componente di tutti i composti organici
Ossigeno H 2 O, O 2 » 44% Componente di tutti i composti organici
Idrogeno H 2 O » 6% Componente di tutti i composti organici
Azoto NO 3 ,NH +4 1-4% Componente di aminoacidi, proteine, ac. nucleici, clorofilla e coenzimi
Potassio K + 0.5-6% Regolazione osmosi e bilancio ionico, apertura e chiusura stomi, attiva molti enzimi
Calcio Ca ++ 0.2-3.5% Componente della parete cellulare, permeabilità a membrane, attività enzimatica
Fosforo H 2 PO ¡ 4 ,HPO 4 0.1-0.8% Componente di ATP, ADP, ac. nucleici,coenzimi e fosfolipidi.
Magnesio Mg ++ 0.1-0.8% Componente della Clorofilla, attivatore di molti enzimi
Zolfo SO 4 0.05 - 1% Componente di aminoacidi e coenzimi

Micro-nutrienti

Ferro Fe ++ ,Fe 3+ 25#300 ppm Sintesi clorofilla, comp. del citocromo e della nitrogenasi
Cloro Cl 100 -10 : 000 ppm Osmosi e bilancio ionico
Rame Cu ++ 4 - 30 ppm Attivatore o componente di alcuni enzimi
Manganese Mn ++ 15#800 ppm Attivatore di enzimi, componente della membrana, rilascio di O 2 nella fotosintesi
Zinco Zn ++ 15-100 ppm Attivatore o componente di molti enzimi
Molibdeno MoO ¡¡ 4 0.1-5.0 ppm Fissazione dell'azoto e riduzione dei nitrati
Boro B(OH) 3 ,
B(OH) 45-75 ppm Infuenza l'utilizzazione del calcio, sintesi di ac. nucleici, comp. membrana

Essenziali solo per alcune specie:

Sodio Na + Tracce Osmosi e bilancio ionico
Cobalto Co ++ Tracce Fissazione dell'azoto da parte di microorganismi

I nutrienti minerali si trovano nel suolo come:
- disciolti nell'acqua interstiziale del suolo (meno del 0.2%)
-legati al detrito organico, all'humus, e composti inorganici relativamente insolubili.
Questa parte, che è di gran lunga la maggiore (98%),costituisce una sorta di riserva che diventa disponibile alla pianta molto lentamente grazie ai processi di decomposizione e mineralizzazione dell'humus adsorbita su colloidi o su particelle minerali grazie a legami ionici.
Questa parte è di circa il 2%.
Queste tre parti sono in un equilibrio dinamico fra loro e complessivamente mantengono un certo livello di rifornimento" alla vegetazione.
Le piante acquisiscono i nutrienti minerali principalmente attraverso le radici, anche se piccole quantità di minerali possono essere acquisiti direttamente dalle foglie o dai rami.
I nutrienti nelle tre forme minerali precedenti sono acquisiti dalla piante
in tre modi diversi:
-Assorbimento dalla soluzione del suolo: alcuni ioni assorbiti direttamente dalle radici anche se la concentrazione è di solito molto bassa;
-Scambio ionico di sostanze adsorbite: le radici rilasciano ioni H + e HCO3 che possono essere scambiati sulla superficie di particelle argillose o humiche e quindi assorbiti dalla pianta;
-Mobilizzazione di nutrienti legati: attraverso l'escrezione di ioni H +
e sostanze organiche chelanti a basso peso molecolare che chelano con
legami covalenti alcuni elementi (Fe, Mn e elementi in tracce) che altrimenti non sarebbero in grado di entrare nelle radici.
Diversi ioni sono trasportati all'interno delle radici nonostante un gradiente di concentrazione contrario ( trasporto attivo ) che viene svolto
con perdita di energia (ATP).[/b]

-Individuazione delle carenze di nutrienti-

-ELEMENTI MOBILI-

Le piante che subiscono una carenza di elementi mobili li trasferiscono dalle parti vecchie a quelle più giovani.

Potassio : Aree gialle sulle foglie più vecchie, sbiancamento al margine delle
foglie.

Azoto: Ingiallimento progressivo della pianta, a partire dalle foglie più vecchie.

Fosforo: Sintomi uguali alla carenza di azoto, inoltre si arresta la crescita e
cadono le foglie.

Magnesio: Come per il potassio, in qesto caso però anche le nuove foglie nascono
pallide e giallastre.

Zinco: Ingiallimento delle vecchie foglie, che parte dai margini e dagli apici.

-ELEMENTI NON MOBILI-
In carenza di un elemento non mobile, la pianta è impossibilitata a trasferire le scorte alle parti più giovani, che evidenzieranno i sintomi da carenza.

Calcio: Le giovani foglie si sviluppano piccole e deformi, margini fogliari
gialli.

Zolfo: Ingiallimento progressivo della pianta, a partire dalle foglie giovani.

Ferro: Le nuove foglie si mostrano pallide e giallastre, a causa di una
mancanza di clorofilla,le venature restano verdi, mentre la lamina
fogliare appare fragile e trasparente.I sintomi si notano con maggiore
evidenza sulle piante a crescita rapida.

Manganese: Vale quanto detto per il ferro, il processo però inizia dalle parti più
vecchie.Tali sintomi si riscontrano anche quando è presente un
eccesso di ferro, che impedisce l'assimilazione del manganese.

Boro: Vale quanto detto per il calcio, si assiste inoltre al deterioramento dei
germogli ed alla morte dei getti laterali.

Rame: Si assiste allo sbiancamento ed al deterioramento dei magini e degli
apici foliari, a partire dalle foglie vecchie.

Il pigmento primariamente deputato al processo fotosintetico è la clorofilla a, questo tipo di clorofilla assorbe il blu ed il rosso, per una minima parte il verde.
Questo significa che avendo una pigmentazione di colore verde riflette questo colore quando viene emesso dalle lampade, non assorbendolo.
Poi abbiamo un'altra serie di clorofille, come la b e la c, che assorbono sempre il rosso ed il blu, ma con uno spettro lievemente spostato rispetto alla clorofilla a.
I caroteni e le xantofille invece assorbono maggiormente nella regione del blu e del verde, le ficobiline assorbono soprattutto nel blu e nel giallo.
Ricordo in ogni caso che l'unico pigmento capace di svolgere la fotosintesi è la clorofilla a.
Tutti gli altri pigmenti non fanno altro che assorbire gli elettroni emessi dalla luce per trasferirli in seguito alla clorofilla a.

Per questo motivo credo che la soluzione ideale da adottare sia quella delle lampade a spettro completo, alle quali aggiungere una fitostimolante che non superi il 25% del wattaggio complessivo.

Credo sarebbe interessante stilare un elenco di macro e micro elementi in base alle concentrazioni mg/l ottimali di loro presenza in acqua.

Come scritto sopra bisognerebbe anche tener conto della disponibilità di luce (Watt totali), della qualità della stessa (temp.colore) e, magari, considerare la distinzione tra elementi mobili e non mobili, considerando i secondi entro range più restrittivi rispetto i primi.
Senza dimenticare anche la temperatura.

Inizierei descrivendo i 16 elementi ritenuti essenziali e, ritornando ad editare successivamente aggiungendovi le concentrazioni e il peso atomico in modo da poter utilizzare i 'soliti' sali conosciuti per le nostre fertilizzazioni.

Troppe variabili in gioco e poca conoscenza da parte mia (non sono ne un chimico ne un fitobiologo).

Attualmente sono ordinati in base alla percentuale di peso secco.

Iniziando la prima cosa che salta all'occhio sembrerebbe la grande quantità di Azoto necessaria.

Aggiungo un piccolo elenco di 'sali' facilmente reperibili (almeno io sono riuscito a trovarli nella farmacia del mio paesello :-)) )

segue ...

Ok, visto che ci sono tante variabili, iniziamo a fissarne una ;-) ...
rapportiamo le proporzioni all'azoto o al ferro?
Già con questo limitiamo il campo di ricerca.
Altra cosa, decidiamo pure il litraggio della vasca teorica.
Alle altre variabili pensiamo dopo.

Non serve fissare un litraggio, basta esprimere le concetrazioni i mg/l poi in base a cosa si utilizza si tara il dosaggio.

La fertilizzazione sana di una pianta dovrebbe basarsi du N P e K, seguito poi dal resto, che ovviamente non deve essere trascurato.

Consideriamo pero' che il potassio non costituisce un elemento difficile da dosare e generalmente, entro range abbastanza ampi, permette di sovradosare senza particolari rischi.
Azoto e fosforo sono invece fondamentali per lo sviluppo della pianta.
Non deve pero' essere preso come un dictat, la maggioranza delle vasche presenti nel forum, ha piante che mostrano limitazioni e carenze evidenti, che prescindono da N e P...In questi casi somministrarli porterebbe solo ad ulteriori accumuli.

Andrebbe poi tenuto conto il ruolo della fauna nella "produzione" di composti azotati, e sopratutto il ruolo del filtro nella loro rimozione.
Il filtro, in relazione anche a ph e temperatura, puo' rappresentare un antagonista delle piante nell'accaparrarsi l'azoto.

...
...

Visto che non riesco a misurare il ferro che ho in acquario, e comunque parliamo di decimali, forse sarebbe opportuno partire dall'Azoto.

Supponendo di non avere tracce rilevabili di NH3, NH4+ ed NO2 (cosa improbabile ma percentualmente ... forse ... trascurabile) ed un valore di NO3 da definire come 'ideale' di #24 facciamo 15 mg/l ?

Come quantità di acqua, il massimo sarebbe considerare 1 litro, per non avere valori troppo piccoli potremmo considerare una quantità campione di 100 litri (ovviamente netti)

Supponiamo inoltre di equiparare 1 mg/l ad 1 ppm

Quindi partendo da acqua di Osmosi buona e considerando di inserire 15 mg/l di NO3
Peso molecolare dell'NO3:

NO3 -> N x 1 / O x 3 -> (14,006 x 1) + (15,999 x 3) = 62,003

dobbiamo inserire 62,003 x 15 x 100 -> 0,0930045 grammi di NO3 su 100 litri

e qui mi sono perso sicuramente #23 in qualche proporzione venuta male

c'è anche da considerare che non credo esiste un qualche additivo che apporti solo NO3 ma potremo trovare ad esempio il KNO3 che doserà in vasca sia K (potassio) che NO3 ...

quello che vorrei 'calcolare' in pratica dovrebbe essere la percentuale di soluzione ideale del NO3 in 100 litri supponendo che l'ideale sia 15 mg/l .... dovrebbe essere 93 mg

da cui 93:62,003 = x:14,006 -> 21,007 N e 71,993 O

se mi sono incartato ditelo tranquillamente :-D

oppure stravolgiamo tutto e parliamo di NO3 come composto unico

per il momento mi fermo qui e, se qualche MOD vuole editare direttamente forse è meglio (nel caso edito io in base alle correzioni)

Ricapitolando:

100 litri di acqua
15 mg/l di NO3
25°C

visto che ci sono inserisco alcuni dati della mia vasca:
108W T5 4.100°K
40W T8 6.700°K
190 litri netti

0,779 Watt/litro

il discorso andrebbe bene nella tecnica dell'estimative index in cui si cambiano grossissime quantità di acqua
ovviamente, ma mancando Boro e Rame (per fare un esempio) comunque si bloccherebbe la crescita della pianta a vantaggio delle alghe
confermo di aver letto le medesime cose e, nel mio piccolo, doso praticamente solo sali contenenti potassio
In effetti ricordo di aver letto che l'ideale per le piante sarebbe l'NH3 ma in vasca possiamo 'giocare' solo con l'NO3 per ovvi motivi quindi porterei il discorso esclusivamente su questo

Spero di non aver peggiorato la mia situazione con altre cappellate grossolane :-D

Non capisco perche' devo utilizzare un litraggio indicativo della vasca???

scusa so che devo portare a x mg/l la concentrazione dell'xesimo nutriente...questo mi basta...per fare cio poi posso usare kno3, il nitrogen o altri prodotti...ed in proporzione alla loro composizione trarare i dosaggi per raggiungere il target sul litraggio...no?

Appunti di agronomia in mio possesso (Università studi Messina, Facolta di Farmacia):

"Le piante assorbono l’N in forma ammoniacale NH4 + o in forma nitrica No3- . L’azoto ammoniacale, solubile ma ben trattenuto dal potere assorbente del terreno viene ossidato in forma nitrica . Questa forma è solubilissima e non è trattenuta dal terreno. Pertanto l’N ammoniacale si presta per concimazioni a lento rilascio , l’ N nitrico per concimazioni a pronto effetto. La sostanza organica è grande apportatrice di N."

Massimo Suardi, in effetti il ragionamento è giusto ma limitato dal fatto di non sapere quello che si ha in vasca (posso misurare NO3, PO4, SO4, Fe, Ca e comunque entro certi limiti dovuti ai test usati, il loro costo ecc. ... per esempio non riesco a misurare il Fe che ho in vasca, non so se per il test scaduto e/o per la tipologia dei chelanti e/o chissà perchè #24 ... eppure le punte giovani della limnophilia mi si sono colorate di rosa ed ho ridotto un po la somministrazione #12 )

Il discorso dell'estimative index sarebbe la soluzione perfetta per dosare il tutto in giuste proporzioni ma, vuoi per la scarsità d'acqua della mia regione (Puglia) e vuoi per il costo della stessa, cambiare 150 litri d'acqua a settimana mi sembra un vero spreco oltre che un bel costo, senza considerare i facili sbalzi termici, chimici e biologici in cui si può incorrere.

Dimenticavo che bisogna anche tener conto degli 'inquinanti' presenti comunemente nei sali e descritti sull'etichetta (almeno nelle boccette che ho comprato in farmacia c'è l'elenco e la relativa percentuale)

Concordo sul fatto che avere i mg/l 'ideali' sia il meglio possibile, ma dubito che sia una cosa fattibile (spero di sbagliarmi)

Scusa ma non ho capito #12 #12

... non è detto che io invece abbia capito #12 :-D

scherzi a parte (mica tanto, sono qui per imparare ed approfondire anche io) i mg/l 'ideali' devono, secondo me, essere rapportati comunque a qualche valore 'fisso'

uno qualsiasi dei 'nutrienti' necessari alle piante che sia in campo limitante (nel senso di essere presente insufficientemente ... correggetimi se uso termini sbagliati) blocca il corretto sviluppo delle piante e quindi l'assorbimento degli altri nutrienti in favore delle alghe (questo ho imparato fino ad ora ... ma non prendo mai nulla come oro colato ... quindi aspetto sempre conferme e/o smentite)

teoricamente, se ho capito quello che intende NPS Messina, potremmo avere diverse concentrazioni 'ideali' e, per iniziare un discorso pratico, bisogna impostare delle 'variabili' fisse

esempio:

se abbiamo 10 mg/l di NO3 il valore ideale di PO4 sarà 0,1
se abbiamo 15 mg/l di NO3 il valore ideale di PO4 sarà 0,15
se abbiamo 20 mg/l di NO3 il valore ideale di PO4 sarà 0,2

se abbiamo una vasca da 100 litri avremo un fondo da 15 litri ed un filtro da 3 litri
se abbiamo una vasca da 200 litri avremo un fondo da 25 litri ed un filtro da 5 litri

#24

ovviamente se abbiamo una sola piantina in un 200 litri e/o 20 piantine in un 50 litri cambierà l'assorbimento dei nutrienti e quindi il loro dosaggio settimanale ma, credo, dovremo sempre rispettare tutte le percentuali prese in base ad un punto di partenza ... prendendo l'esempio degli NO3 a 15 mg/l e tutti gli altri a seguire

Si io ho capito perfettamente, la conversione da percentuali a concentrazione in mg/lt si può fare benissimo, ma resta pur sempre un esercizio teorico.
Questo perchè ogni pianta ha le sue quantità e le sue esigenze di nutrizione, per non parlare dei tempi di trasformazione dei nutrienti in glucosio e di tutti gli altri processi metabolici, che variano da specie a specie.Addirittura le variabili possono applicarsi anche a due piante della stessa specie che vivono nella stessa vasca, basta che una riceva più o meno luce rispetto all'altra ed ecco che cambia tutto.
E' per questo che nelle vasche si parte sempre con protocolli "standard" e pian piano, attraverso qualche test ed un'attenta valutazione visiva,si regola quello alle effettive esigenze delle piante.
Sarebbe bello creare un fertilizzante secondo la tua idea, ma purtroppo noi possiamo basarci esclusivamente sull'approssimazione e sull'esperienza.
Approssimazione che comunque non viene basata su dati empirici, ma sui test di ferro ed azoto , in base a quelli ci regoliamo, ed i base a quelli cerchiamo di dare il giusto "tuning" al protocollo, attività continua e mai uguale alla settimana precedente.
Tra l'altro la stessa cosa succede in agricoltura, anchè lì si agisce per "approssimazione ponderata", solo che si hanno margini di errore molto più ampi, visto che non esiste il problema alghe.

in effetti sono partito da una certa idea, sicuramente molto teorica, ma non avendo esperienza annuale, per capire a 'colpo d'occhio' cosa può mancare alle mie piantine, credo che avere dei punti di riferimento sia meglio piuttosto che 'sovradosare' facilmente elementi a spot e vedere cosa cambia (facilmente in peggio piuttosto che in meglio)

in effetti ogni pianta avrà le sue 'golosità' ma credo che avendo circa 11 specie diverse di piante ... una qualche 'ricetta' standard si potrebbe tentare #24

se poi dite che è un discorso inutile ... allora lascio perdere :-(

come già detto il rpoblema nasce dall'impossibiltà di misurare ad esempio il Boro disciolto in acqua e quindi regolare l'eventuale dosaggio di conseguenza (magari avessi test attendibili per ogni elemento #17 )

non e' un discorso inutile, ma molto comlesso e io personalmente non ho competenze scentifiche di base sufficienti...

Il problema non sono le 11 painte diverse...sono convintissimo che se utilizzassi una sola pianta, ti troveresti a fronteggiare una serie di problematiche diverse anche in contemporanea.

Magari una parte della pianta evidenzia una carenza di un elemento e un'altra parte invece un eccesso dello stesso...con possibili spiegazioni diverse...

Penso che il punto e sia un altro, l'occhio per individuare tutte le carenze e' difficile averlo...sopratutto per uno che lavora in finanza 12 ore al giorno e ah 4-5 anni di acquariofilia alle spalle...quindi l'importante e' trovare la giusta strada per fornire un ambiente idoneo alla crescita.

Arrivati a questo, con dei ritmi regolari di crescita e il "sistema" a regime, si puo' pensare di operare sui sigoli fattori annotandone i risultati.

Non considero attendibili i test...o meglio quelli a disposione nel campo acquariofilo...servono a mio avviso solo per dare una massima...come una regola del pollice...e da li' muoversi.

Ma le ricette standard già ci sono...
tutti i protocolli si basano su ricette standard, che sono state sviluppate seguendo le percentuali di cui in oggetto.
Ovviamente, essendo le percentuali comprese in un range max-min, ogni casa produttrice, ha applicato le sue varianti.
Tutti noi potremmo creare un fertilizzante casalingo seguendo le percentuali, scegliamo se attenerci al valore massimo o minimo, decidiamo in quanta acqua diluire ogni singolo elemento, stabiliamo il tipo di chelante più adatto e pesiamo ogni singolo elemento aggiungendolo alla "pozione".
Quindi seguendo la percentuale massima potremmo realizzare un flacone contenente 10 grammi di azoto e 15 di potassio (N=4% K=6%).

NPS Messina, quindi le percentuali del tuo primo post non sono riferite partendo dal peso secco ma piuttosto a 'ricette' varie già esistenti #24

Non sto piu' cogliendo l'obiettivo...o forse non l'ho mai colto #24

No, partendo dal peso secco della pianta, che è stata analizzata per mezzo di alcuni strumenti, quali lo spettrometro.
Tutte le "ricette" si basano su quei dati, anche perchè tutti i protocolli hanno uno scopo "plastico".
Fungono tutti quanti da "cemento", e notoriamente sappiamo che per farlo ci vogliono certe quantità di acqua, sabbia e cemento stesso, se sbagliamo dose non si forma oppure lo facciamo troppo liquido, e quindi lo dobbiamo correggere aggiungendo acqua o sabbia.
Stessa cosa con i fertilizzanti.
Seguiamo delle ricette che bene o male dovrebbero funzionare, ma sta a noi poi migliorare i dosaggi.

lunedi spero di avere delle risposte ad alcune domande (prof. universitario ed ex ricercatore univ. agraria)

non mi aspetto moltissimo dato che le nostre piante hanno origini e biologia diversa (inteso come ambiente di crescita)

magari passo a coltivare zucchine e broccoletti in coltura idroponica :-D
e metto qualche anguilla visto che stiamo sotto natale :-D

Invece le nostre piante sono uguali a quelle terrestri, tranquillo...ce ne sarà di carne da mettere al fuoco...
io invece sto per diventare imprenditore agricolo, quindi il passo già l'ho fatto :D
e comunque la verdura in serra si coltiva sulla lana di perlon, che è molto produttiva e meno problematica rispetto alla coltura idroponica :-D :-D :-D

NPS Messina, puoi correggere / verificare i ppm relativi al Cloro del primo post ?

sembrerebbe tra 100 e 10.000 ppm

grazie