Filtration naturelle

Voici un extrait tiré du livre "L'écologie de l'aquarium planté" de Diana Walstad, qui explique pourquoi les plantes aquatiques purifient l'eau, la maintiennent saine et propre, mieux que n'importe quel filtre surpuissant!


"Les plantes purifient l'eau mieux que les filtres" Diana Walstad.

Les plantes sont beaucoup plus que des éléments de décorations; elles aident à garder les poissons en bonne santé. Les composés azotés, en particulier l'ammoniaque et les nitrites sont extrêmement toxiques pour les poissons. Les amateurs se sont, depuis de nombreuses années, fortement appuyés sur le processus de nitrification bactérienne (par exemple, "filtration biologique") pour convertir ces composés toxiques en composés moins toxiques comme les nitrates. Les amateurs et même les distributeurs de plantes aquatiques ignorent la capacité d'absorption de l'azote par les plantes d'aquarium ou supposent -à tort- que les plantes d'aquarium absorbent essentiellement les nitrates.

Les plantes aquatiques préfèrent l'ammonium aux nitrates:

Beaucoup de plantes terrestres comme les pois et les tomates poussent mieux en absorbant les nitrates que l'ammonium. Ainsi, certains botanistes ont supposé que les plantes aquatiques se développeraient également mieux grâce aux nitrates. Toutefois, des études expérimentales et sérieuses suggèrent tout le contraire.

Des scientifiques du monde entier ont étudié l'absorption de l'azote par les plantes aquatiques dans des conditions expérimentales variées. J'ai réussi à recenser les études publiées sur 33 différentes espèces de plantes aquatiques. Seulement 4 des 33 espèces préfèrent les nitrates.

Et ces quatre espèces de plantes proviennent d'environnements particulièrement déficients en nutriments, ce qui est atypique pour les plantes d'aquarium. Les mesures prouvant la préférence pour l'ammonium sont considérables.

Par exemple, les lentilles d'eau Lemna gibba absorbent dans les 5 heures 50% de l'ammonium dans une solution nutritive, même si la solution contient 100 fois plus de nitrates que d'ammonium [3]. Elodea nuttallii, placée dans un mélange de nitrates et d'ammonium, a éliminé 75% de l'ammonium dans les 16 heures tout en laissant les nitrates pratiquement intacts (Fig. 1).
Ce n'est que lorsque l'ammonium était absorbé, que l'absorption des nitrates a sérieusement commencé. De même, lorsque la géante Lenticule Spirodela Polyrhiza a été cultivée dans un milieu contenant un mélange d'ammonium et de nitrates, l'ammonium a été rapidement éliminé tandis que les nitrates ont été pratiquement ignorés.

Pour cette étude spécifique, les plantes ont été cultivées dans des conditions stériles et la suppression de l'ammonium ne pouvaient être provoquée par la nitrification. Les chercheurs ont démontré que le volume des plantes a augmenté rapidement au cours de l'observation, ce qui confirme que l'absorption d'ammonium n'était pas un artefact expérimental, mais qu'il a probablement causé l'augmentation de la biomasse végétale et de leur besoin en azote. (La concentration d'azote dans les plantes aquatiques varie de 0,6 à 4,3% de leur biomasse sèche.

Le tableau 2 montre la rapidité avec laquelle les nitrates et l'ammonium sont éliminés de l'eau par la laitue d'eau Pistia stratiotes. Les plantes placées dans une solution nutritive contenant 0,025 mg / l de nitrate-N ont mis 18 heures à éliminer les nitrates. Cependant, les plantes similaires placés dans une solution nutritive contenant 0,025 mg / l d'azote ammoniacal ont mis seulement 3,9 heures pour absorber l'ammonium. Lorsque les chercheurs ont augmenté la concentration d'azote, la différence était encore plus grande. Ainsi, à 13 mg / l N, les plantes ont mis 71 heures (près de 3 jours) pour éliminer les nitrates, mais si l'azote était fourni sous forme d'ammonium, l'absorption était seulement de 4 heures.

L'absorption des nitrates semble donc exiger plus d'énergie que pour l'absorption de l'ammoniaque.

Par exemple, dans l'obscurité la laitue d'eau a mis beaucoup plus de temps pour absorber les nitrates, tandis que l'absorption de l'ammonium était la même dans la lumière ou l'obscurité. Ceci suggère que l'absorption des nitrates requiert plus d'énergie que l'absorption de l'ammonium. Par ailleurs, l'absorption des nitrates doit souvent être provoquée pour être mesurée. Par exemple, l'absorption maximale en nitrates par la laitue d'eau n'a eu lieu qu'après une acclimatation de 24 heures aux nitrates purs (toute l'ammoniaque dans l'eau aurait empêché l'absorption des nitrates).

Les chercheurs ont placé les plantes dans des béchers avec une solution nutritive contenant des quantités croissantes d'azote comme des nitrates purs ou l'ammonium pur. Les heures nécessaires à l'élimination de l'azote sont basées sur deux hypothèses: - 1 gr de masse sèche par litre - la solution est constamment agitée. (Remarque:. Mg / l = milligrammes par litre)

L'ammonium inhibe l'absorption et l'assimilation des nitrates chez plusieurs variétés d'organismes comme les plantes, les algues et les champignons [6].

Par exemple, les algues n'absorbent pas les nitrates si la concentration d'ammonium est supérieure à environ 0,02 mg / l. Les lentilles d'eau cesse rapidement d'absorber les nitrates quand l'ammonium est ajouté aux solutions nutritives. L'inhibition est généralement réversible, car les plantes vont malgré tout commencer à absorber les nitrates un jour ou deux après que l'on ait retiré l'ammonium de l'eau. On pourrait émettre l'hypothèse que l'ammonium inhibe l'absorption des nitrates par la plante pour lui éviter une trop grande dépense d'énergie.

L'absorption de nitrites par les plantes

Bien que les plantes peuvent utiliser les nitrites comme une source d'azote, la question pertinente pour les amateurs est - les plantes aquatiques retirent-elles d'abord les nitrites toxiques avant les nitrates non toxiques? Je n'ai pas trouvé d'études dans la littérature scientifique pour pouvoir affirmer de façon concluante ce qu'il en était. Cependant, la réduction chimique des nitrites en ammonium nécessite moins d'énergie pour les plantes aquatiques que la réduction chimique des nitrates en ammonium. - La plante doit convertir les nitrites et les nitrates en ammonium avant de pouvoir les utiliser pour fabriquer ses protéines - Ainsi, il n'est pas surprenant que la Spirodela Polyrhiza cultivée dans un milieu contenant à la fois des nitrates et des nitrites, préféra absorber d'abord les nitrites .

Les plantes aquatiques préfèrent absorber l'ammonium par les feuilles.

Si les plantes aquatiques absorbaient les nutriments par les racines pour obtenir de l'ammonium plutôt que par leur système foliaire, leur capacité à éliminer l'ammoniaque toxique de l'eau et à protéger nos poissons d'aquarium serait douteuse. Heureusement pour les amateurs, les plantes aquatiques semblent préférer l'absorption de l'ammonium par le système foliaire par opposition à l'absorption à partir des sédiments. Par exemple, dans une expérience avec la zostère marine (Zostera marina) placée dans un compartiment double, quand l'ammonium a été ajouté dans la partie haute où se trouvaient les feuilles/ tige, l'absorption racinaire dans le compartiment du bas a été réduite de 77%. Toutefois, lorsque l'ammonium a été ajouté au compartiment où se trouvaient les racines, l'absorption foliaire n'a pas été réduite pour autant. (Dans les expériences avec des compartiments séparés, les plantes sont cultivées avec leurs racines dans un compartiment étanche en bas et avec leurs tiges / feuilles dans un compartiment séparé en haut.)

Le même travaille avec d'autres espèces végétales confirme les conclusions ci-dessus. Apparemment, le gazon Amphibolis antarctica peut absorber de 5 à 38 fois plus d'ammonium par les feuilles que par les racines. La Myriophyllum spicatum plantée dans un substrat fertile se développe très bien sans ammonium dans l'eau. Cependant, si de l'ammonium a été ajouté à l'eau (0,1 mg / l N), les plantes absorbent plus d'azote à partir de l'eau qu'à partir du substrat.

Plusieurs plantes aquatiques - Juncus bulbosus, Sphagnum flexuosum, Agrostis canina, et Drepanocladus fluitans - ont prouvé qu'elles absorbaient de 71 à 82% de l'ammonium à partir des feuilles alors que leurs racines ont absorbé qu'une faible quantité.

Les amateurs utilisant des comprimés d'engrais pour les plantes aquatiques devraient tenir compte de la préférence des plantes aquatiques à absorber l'ammonium par voie foliaire (par opposition à l'absorption racinaire). Dans les bassins et les aquariums, les plantes devraient être en mesure de satisfaire leurs besoins en azote généré naturellement par les poissons. De plus, l'azote ajouté aux substrats peut être préjudiciable, l'ammonium présent dans les différents substrats tout-prêt peut être toxique pour les racines des plantes. Même les nitrates sous forme de comprimés peuvent créer des problèmes. C'est parce que les bactéries présentes dans le substrat convertissent rapidement les nitrates en nitrites toxiques.

Plantes aquatiques Versus Filtration biologique

Les plantes, les algues, et tous les organismes à travers la photosynthèse utilisent l'azote à partir de l'ammoniaque - non les nitrates - pour produire leurs protéines. Quand la plante prend des nitrates, ceux-ci doivent être convertis en ammonium dans un processus nécessitant de l'énergie appelée «la réduction des nitrates».

La réduction des nitrates par les plantes semble être le reflet du processus de nitrification bactérienne. Les bactéries nitrifiantes obtiennent l'énergie dont elles ont besoin uniquement à partir de l'oxydation de l'ammonium en nitrates, le gain d'énergie total en deux étapes de la nitrification est de 84 kcal / mol.

En théorie, les plantes doivent dépenser essentiellement la même quantité d'énergie (83 kcal / mol) pour convertir de nouveau les nitrates en ammonium, dans un processus en deux étapes de réduction des nitrates.
L'énergie requise pour la réduction des nitrates est équivalente à 23,4% de l'énergie obtenue à partir de la combustion du glucose. Donc, si les bactéries nitrifiantes dans les filtres biologiques convertissent tout l'ammonium disponible en nitrates, les plantes seront forcées au prix d'une perte énergétique de convertir tous les nitrates en ammonium. Cela peut expliquer pourquoi plusieurs plantes aquatiques (par exemple, la jacinthe d'eau, Salvinia molesta, Cornifle nageante, et Elodea nuttallii) semblent mieux se développer avec de l'ammonium ou un mélange d'ammonium / nitrate qu'avec avec des nitrates purs. Le cycle de l'azote est souvent présenté à tort pour les amateurs comme des bactéries nitrifiantes qui convertissent l'ammonium en nitrates pour que les plantes puissent les absorber. En fait, le cycle de l'azote se compose des deux: plantes et bactéries qui rentrent en compétition pour l'absorption de l'ammonium. Les plantes absorbent les nitrates uniquement si elles ne peuvent faire autrement ou si elles sont forcées. Ainsi, les nitrates peuvent s'accumuler, même dans les bassins et les aquariums plantés.

Dans des aquariums dépourvus de plantes aquatiques, la nitrification renforcée par les filtres est essentielle pour protéger les poissons de l'ammoniaque toxique. Il en va autrement pour les aquariums plantés. En fait, les plantes fournissent une surface énormément plus importante aux bactéries nitrifiantes. La superficie plantée (par opposition aux zones sans plantes) dans les habitats naturels (rivières, lacs, etc) fournissent un nombre accru et de manière exponentielle des surfaces de colonisation pour les bactéries. Soyez sûr que chaque feuille et chaque tige sont recouvertes d'une couche de bactéries nitrifiantes et autres.

J'ai été surprise du peu de filtration biologique réellement nécessaire dans mon aquarium planté. Quand j'ai graduellement diminué la filtration biologique, en supprimant les médias de filtration des compartiments, les poissons ont continué à bien se porter. Enfin, des années plus tard, j'ai franchi le pas décisif en retirant la cartouche et les filtres complètement pour ne conserver que la pompe interne bon marché, et simplement pour une meilleure circulation de l'eau. Les poissons n'ont jamais «raté un battement de cœur », le bac entier est devenu lui-même un filtre!

Les plantes aquatiques sont donc beaucoup plus que des ornements ou des outils d'aquascaping. Elles enlèvent l'ammoniaque de l'eau, elles le font en quelques heures. Lorsque vous configurez un bac planté, il n'est pas nécessaire d'attendre 8 semaines pour éviter le «syndrome du nouveau bac ». (Les bactéries nitrifiantes nécessitent plusieurs semaines pour s'établir avant de constituer un filtre biologique vraiment efficace.) Ainsi, j'ai plusieurs fois mis en place un nouveau bac de plantes et de poissons, le tout dans la même journée.

En résumé, il existe dans la littérature scientifique des preuves expérimentales considérables démontrant que les plantes aquatiques préfèrent largement l'ammonium aux nitrates comme source d'azote. Même en présence de nitrates en abondance, les plantes aquatiques sauront tamiser l'eau en 24 heures de tout l'ammonium présent. Les plantes contribuent également à la suppression de l'ammonium par la surface énorme qu'elles offrent à la colonisation par les bactéries nitrifiantes. J'espère que cela explique pourquoi, en termes de santé des poissons, il convient d'avoir des plantes dans vos aquariums.

Schémas, liste des plantes, et référence sur la page:

Diana Walstad a une formation de microbiologiste et a passé plusieurs années à faire des recherches en médecine à l'Université de Caroline du Nord (Chapel Hill). Elle a occupé le poste de biologiste cellulaire à l'Institut national des sciences de la santé de l'environnement (RTP, NC). Elle a pris sa retraite en 2008.