Se siete appassionati di biologia marina o semplicemente interessati alla vita dell'oceano, vi sarete sicuramente imbattuti nel concetto di “rapporto di Redfield”. Si tratta di una di quelle regole fondamentali che vengono insegnate agli studenti come verità assoluta. Esso descrive il rapporto sorprendentemente costante tra gli elementi fondamentali presenti negli organismi marini e nell'acqua marina stessa.
In parole povere, la regola afferma che gli atomi di carbonio, azoto e fosforo nella biomassa oceanica e nei nutrienti disciolti sono in un rapporto di circa 106:16:1. Per molto tempo questa è stata considerata la chiave universale per comprendere la produttività dell'oceano, spiegando come la crescita delle alghe sia limitata dalla disponibilità di nutrienti.
Tuttavia, nel mondo scientifico il dibattito è acceso da diversi decenni. Nuove ricerche dimostrano che in diverse zone dell'oceano questo rapporto può variare notevolmente. Gli scienziati hanno scoperto che gli ecosistemi marini sono molto più vari e complessi di quanto suggerisse la semplice formula di Redfield.
Ma funziona davvero? Sì e no. Il suo valore sta nel creare un punto di partenza comodo, un modello comune. Ma oggi non è più possibile accettarlo ciecamente come una legge immutabile della natura. Il dibattito verte proprio sulla universalità di questo rapporto e sui processi biologici, chimici o fisici che lo determinano realmente.
In questo articolo cercheremo di capire da dove deriva questa regola, perché è ancora utile e perché è oggetto di accese discussioni nella comunità scientifica. Questa è la storia di come una spiegazione semplice ed elegante si scontra con la realtà caotica e variegata dell'oceano.
Storia della questione: che cos'è la proporzione di Redfield e cosa c'entra Liebig
Nel 1934 l'oceanografo Alfred Redfield descrisse i rapporti atomici degli elementi:
- carbonio, azoto e fosforo nel plancton marino – C:N:P = 106:16:1;
- azoto e fosforo nell'acqua marina – N:P= 20:1 (prima versione), N:P= 16:1 (versione corretta).
Redfield ha osservato che lo spostamento delle proporzioni degli elementi nell'acqua influisce sulla crescita e sulla composizione delle alghe. L'aumento del contenuto di fosforo favorisce le alghe blu, mentre quello di azoto favorisce le alghe verdi. I dati sono stati raccolti nelle acque dell'Oceano Atlantico, Indiano, Pacifico e nel Mare di Barents. Di conseguenza, la rappresentatività del campione è indiscutibile e la corrispondenza riscontrata non è una semplice coincidenza o un errore statistico.
Lo spostamento delle proporzioni degli elementi nell'acqua influisce sulla crescita e sulla composizione delle alghe
Ottimo, diranno gli scettici, Redfield è stato bravissimo e ha fatto un'importante scoperta scientifica, ma a noi che vantaggio ne deriva? È qui che arriva il momento di ricordare il fattore limitante di Liebig.
Da notare! Nel 1840 Justus von Liebig descrisse uno dei principi fondamentali dello sviluppo degli ecosistemi: il fattore più significativo per l'organismo è quello che si discosta maggiormente dalla norma.
La legge di Liebig in parole semplici
Supponiamo di avere solo due elementi: cibo e acqua. In questo caso esistono due scenari sfavorevoli:
- c'è acqua, ma non c'è cibo – l'organismo muore di fame e placare la sete non può essere d'aiuto;
- c'è cibo, ma non c'è acqua – muore di sete, perché il cibo non può sostituire l'acqua.
V. Trautshold. Laboratorio di Liebig a Gießen, 1840
Nel primo caso il fattore limitante è l'acqua, che manca, nel secondo è la mancanza di cibo, che costituisce l'elemento bloccante. Il principio vale per qualsiasi numero di fattori.
Lo sviluppo delle piante è limitato da un unico minerale fondamentale, disponibile in quantità relativamente ridotte. Questo concetto di limitazione può essere rappresentato dal “barile di Liebig”, un barile metaforico in cui ogni asse rappresenta un elemento
In riferimento all'acquario, ciò significa che in caso di carenza di uno degli elementi, la pianta non è fisicamente in grado di compensarne la mancanza con gli altri. In caso di carenza critica di un componente, la pianta smette di consumare pienamente le altre sostanze, finisce per ammalarsi e muore. Inoltre, le sostanze nutritive che la pianta non è in grado di consumare possono diventare cibo per le alghe, “parassiti” blu-verdi e “puntini” verdi che rovinano l'aspetto dell'acquario.
— Alexander Tkachuk, biologo marino, esperto di acquariologia e terrariologia
Il rapporto di Redfield si basa sull'idea che nell'oceano il carbonio, l'azoto e il fosforo presenti negli organismi viventi siano quasi sempre in un rapporto rigoroso di 106:16:1. Per molto tempo questo è stato considerato una legge della natura, ma ora gli scienziati discutono: in alcune zone dell'oceano le proporzioni sono effettivamente vicine a quelle di Redfield, mentre in altre sono molto diverse. Quindi, la regola non funziona ovunque e non può essere applicata ciecamente. Le discussioni non nascono perché qualcuno ha torto, ma perché la natura è più complessa di quanto sembri: organismi, condizioni ed ecosistemi diversi danno risultati diversi. Invece di un dogma, gli scienziati ora vedono in questo piuttosto un punto di riferimento che aiuta a riflettere, ma non sempre permette di fare previsioni.
Come funziona nella pratica
Esiste uno schema per calcolare il rapporto atomico in base alla massa dei fertilizzanti. La proporzione ottimale è quella che si avvicina ai dati di Redfield, i cui valori sono evidenziati in bianco. I valori in blu e verde indicano le proporzioni di fertilizzanti che provocano la crescita delle alghe corrispondenti.
Alcuni produttori di fertilizzanti utilizzano e raccomandano il rapporto di Redfield, altri lo criticano, altri ancora non si esprimono in merito.
I due principali argomenti critici e le relative risposte
Argomento 1. Lo scienziato ha scoperto un rapporto nell'acqua di mare che riguarda il fitoplancton. La sua applicazione in un normale acquario d'acqua dolce sembra forzata.
Non importa come appare, ma come funziona. Il rapporto ottimale di azoto e fosforo per le piante è compreso tra 10:1 e 20:1. Questo è stato verificato da molte generazioni di acquariofili.
Cosa c'entra Redfield? Forse gli acquariofili hanno provato a utilizzare le sue proporzioni come esperimento, il risultato è stato buono e si è diffuso. Forse, con l'aiuto di questo rapporto, inizialmente hanno cercato di eliminare le alghe, cercando un modo che non danneggiasse le piante.
Attenzione! È anche possibile che gli acquariofili si siano orientati verso proporzioni simili molto prima che Redfield scrivesse il suo lavoro scientifico e che il suo nome sia stato utilizzato a fini commerciali dai produttori di fertilizzanti. Come sia andata realmente, probabilmente nessuno lo sa.
Argomento 2. In pratica è impossibile rispettare rigorosamente le proporzioni, perché le piante ricevono azoto e fosforo non solo dai fertilizzanti.
È un'osservazione giusta. In effetti, non basta semplicemente aggiungere gli elementi nelle proporzioni indicate, ma è necessario anche monitorare la composizione dell'acqua nell'acquario. Le piante ricevono azoto e fosforo anche dal terreno, dall'acqua e dal mangime per pesci.
È necessario monitorare la composizione dell'acqua nell'acquario.
Di conseguenza, è necessario analizzare periodicamente l'acqua, prestare attenzione a qualsiasi cambiamento all'interno dell'ecosistema e, se necessario, modificare la durata della giornata luminosa e gli schemi di somministrazione dei fertilizzanti. Tuttavia, nessuno ha mai affermato che il rispetto delle proporzioni di Redfield sia tutto ciò che serve per mantenere un acquario.
Il ruolo dei fertilizzanti nella vita delle piante d'acquario
Risposte alle domande frequenti
Le proporzioni sono più o meno chiare, ma quanta UDO è necessaria in termini di quantità?
Dipende dal numero di piante. Maggiore è il loro numero per centimetro cubo, più attivamente è necessario concimare.
Seguo Redfield, ma sono comunque comparse alghe blu-verdi, cosa fare?
Applicare una quantità minore di fertilizzanti, mantenendo le proporzioni, e/o ridurre la giornata di luce a 6-8 ore.
Con quale frequenza è necessario aggiungere fertilizzanti per mantenere le proporzioni?
Tutto è individuale, dipende dall'acquario. È possibile aggiungere un po' ogni giorno o una volta ogni tre giorni e assicurarsi che non ci sia né carenza né eccesso di elementi.
Su quale elemento basarsi: sull'azoto o sul fosforo?
Per quanto riguarda il fosforo. Se è insufficiente, è necessario aggiungerne una quantità pari a 10-12 volte quella dell'azoto. Altrimenti, con la saturazione di fosforo, l'elemento bloccante sarà l'azoto.
Se le piante ottengono azoto e fosforo dai pesci, dall'acqua e dal suolo, forse i fertilizzanti non sono necessari?
Sì, è possibile. Pertanto, in un acquario nuovo non bisogna affrettarsi ad aggiungere fertilizzanti, ma prima osservare come si sviluppa l'ecosistema. Se ci sono molti pesci e poche piante, i fertilizzanti non saranno necessari nell'immediato.
Allora, cosa abbiamo ottenuto alla fine? Il rapporto di Redfield non è una legge della natura, ma piuttosto un'osservazione interessante che in media si rivela spesso vera per l'oceano aperto. Mostra una sorprendente costanza nel rapporto tra carbonio, azoto e fosforo nel plancton e nell'acqua. È come se gli organismi marini seguissero una sorta di ricetta universale per la vita.
Funziona sempre? No, e questo è il motivo principale delle controversie. Nelle acque costiere, nei laghi o nelle zone oceaniche ricche di ferro, questo rapporto viene facilmente compromesso. Gli scienziati non discutono sull'esistenza di questa regola, ma sulla sua fondamentale importanza. Alcuni la considerano un principio profondo, altri semplicemente una coincidenza statistica che funziona bene solo in condizioni ideali.
Pertanto, oggi il rapporto di Redfield dovrebbe essere considerato come un utile punto di riferimento e non come una verità assoluta. Aiuta a costruire modelli e a comprendere i principi generali del ciclo dei materiali. Tuttavia, è sempre bene ricordare che il mondo reale, specialmente vicino alle coste, è molto più complesso e variegato di qualsiasi bella formula. Il suo valore sta proprio nel fatto che, pur essendo semplice, continua a stimolare nuove ricerche e discussioni nella scienza oceanografica.
