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30-01-2020, 12:03 AM
Siguiendo con el libro de Diana Walstad, le ha llegado el turno al sustrato. Debo decir que en el siguiente post no se va a tratar nada sobre sustratos comerciales (si alguien quiere informarse sobre este tipo de sustratos puede hacerlo aquí), sino sobre sustratos caseros elaborados con varios materiales y orientados a un acuario sencillo y con poco mantenimiento. También me gustaría hacer una mención a los términos que se van a tratar partir de ahora para así poder diferenciarlos con facilidad. Dichos términos son suelo y sedimento. La diferencia principal entre ellos es que el suelo es un sustrato seco, es decir terrestre, mientras que el sedimento es un sustrato acuático, es decir sumergido. Como siempre, si tenéis algo que aportar, sugerir, corregir, etc. adelante.
Vamos con el tocho.
El uso del suelo (terrestre) en acuarios no está muy extendido entre los aficionados a los acuarios. Hablamos de suelos que se usan para cultivar plantas en jardines o macetas, no vermiculita, arcilla de alfarería, arena para gatos o aditivos para grava.
Los riesgos de usar suelos en acuarios se han exagerado mucho. Si un suelo puede soportar el crecimiento de plantas terrestres, ya sean malezas o flores, puede usarse para cultivar plantas acuáticas y los problemas que a veces causan generalmente son temporales y se pueden solucionar.
Es cierto que el uso de un suelo desconocido en el acuario conlleva riesgos. Incluso si el suelo es adecuado puede no funcionar. (El suelo junto con una iluminación inadecuada y/o plantas inadecuadas puede acabar en desastre). Sin embargo, utilizar solo grava lisa y lavada, casi garantiza el fracaso con el cultivo de plantas en el acuario.
1 - Componentes de suelos y sedimentos
Los suelos (terrestres) y los sedimentos (acuáticos) se componen de: Partículas minerales, materia orgánica, materia inorgánica precipitada y microorganismos. A continuación vamos a ver con más detenimiento cada uno de dichos componentes.
1.1 - Partículas Minerales
Los cuatro elementos más comunes de la corteza terrestre son: Oxígeno, silicio, hierro y aluminio. Forman la "columna vertebral" mineral (arena, limo y arcilla) de todos los suelos. Estos, no solo son diferentes en tamaño, sino también en composición. En general, la arena se compone de pedazos rotos de cuarzo (dióxido de silicio). El limo puede ser roca descompuesta o agregados de arcilla. La arcilla, por su parte, consiste en pequeñas láminas de silicato de aluminio.
Otros minerales como el hierro, el aluminio y los óxidos de manganeso pueden unirse a las partículas de arcilla o formar precipitados separados. Los científicos que estudian el suelo consideran que estos precipitados de óxido son parte de la composición de la arcilla. En los suelos tropicales y otros suelos viejos altamente degradados, los óxidos de hierro y aluminio a menudo constituyen una gran parte de la fracción arcillosa del suelo.
1.2 - Materia orgánica
La materia orgánica es de origen biológico. Los restos de algas, bacterias, plantas, hojas muertas y peces después de la descomposición constituyen la materia orgánica típica del sedimento. Aunque la materia orgánica puede representar solo una pequeña fracción del peso de un suelo, quizás solo el 2 %, puede cubrir el 90 % de la superficie de las partículas del suelo.
La materia orgánica finalmente se descompone en sustancias húmicas (humus), que tienen múltiples cargas negativas que atraen y unen cationes de nutrientes como hierro (Fe3+) y cobre (Cu2+). El origen de la carga negativa del humus (y la capacidad de unión de los nutrientes) son sus diversos grupos hidroxilados, carboxílicos y fenólicos. El humus constituye entre el 60 % y el 80 % de la materia orgánica de los suelos terrestres y aproximadamente el 25 % de la materia orgánica total en los sedimentos acuáticos. Beneficia a las plantas al hacer que los nutrientes, que están disueltos en el suelo, estén más disponibles y al proteger a las raíces de las plantas de la toxicidad de los metales.
1.3 - Materia inorgánica precipitada
La materia inorgánica precipitada se origina en organismos vivos, como las capas de silicato de calcio de las algas diatomeas. En los acuarios, donde hay un aporte continuo de alimento para los peces, puede haber grandes depósitos de fosfatos de hierro insolubles, fosfatos de calcio y carbonatos de calcio. Por ejemplo, la mayoría de los alimentos para peces contienen pescado molido (harina de pescado), que contiene fosfato de calcio de huesos y dientes proveniente de los peces. Este fosfato de calcio pasa intacto a través del intestino de los peces, que al defecar, hacen que se acumule en el sustrato del acuario como parte del mulm de pescado.
1.4 - Microorganismos
La superficie del sustrato, en comparación con el agua suprayacente, alberga muchos microorganismos. En 1983 RG. Wetzel demostró que los sedimentos de los lagos contienen alrededor de mil millones de bacterias por gramo de sedimento. Las bacterias en filtros de arena de acuarios establecidos, tanto marinos como de agua dulce, suman alrededor de 10 millones por gramo de arena.
Los sustratos acuáticos no sólo contienen bacterias, sino también protozoos, hongos, algas y levaduras. Estos microorganismos viven en colonias compactas unidas a partículas de sustrato. Estas colonias a menudo se encuentran cerca de huecos y grietas, en parches de materia orgánica adherida.
La colonización microbiana de las partículas de arena es bastante escasa en comparación con la de partículas de sedimento más finas (arcilla y humus). Por ejemplo, un estudio (K.C. Marshall, 1976) mostró que la mayoría de las bacterias colonizan partículas orgánicas en lugar de arena, a pesar de que las partículas orgánicas representaban solo una fracción del área de superficie disponible. Por lo tanto, en la arcilla y la materia orgánica es donde se encuentra la gran mayoría de las bacterias.
2 - Características de los suelos y sedimentos
En este apartado vamos a ver cómo los sustratos captan nutrientes, su naturaleza anaeróbica, las principales reacciones químicas que tienen lugar y su estabilidad.
2.1 - Unión de nutrientes
Las partículas del suelo, especialmente la arcilla, están cargadas negativamente.
Esto se debe a que el ion de silicio (Si4+) dentro de la estructura original del suelo se reemplaza gradualmente por otros cationes, por ejemplo, sodio (Na+) y potasio (K+) con menos cargas positivas. Debido a que el interior está cargado negativamente, la "capa" externa de partículas del suelo atrae y une cationes incluyendo nutrientes importantes para plantas, como calcio (Ca2+), amonio (NH4+), magnesio (Mg2+) y potasio (K+)
La arcilla tiene 10.000 veces más área de superficie que la arena, lo que le da una capacidad mucho mayor para unir los nutrientes de las plantas que la arena. Por lo tanto, solo la arcilla y el humus, no la arena o el limo, contribuyen significativamente a la capacidad de unión de cationes del suelo. Estas uniones evitan que los nutrientes pasen a la columna de agua; de hecho, algunas partículas pueden incluso extraer nutrientes, como el cobre, directamente del agua.
A las partículas del suelo también se unen nutrientes con carga negativa, (aniones) como los fosfatos HPO4 2- y H2PO4- (fosfato de hidrógeno y dihidrógeno fosfato respectivamente). Esto se debe a que los aniones se sienten atraídos por los cationes asociados con las partículas del suelo. Por lo tanto, el fosfato se adsorbe fácilmente sobre los óxidos de hierro, o puede reaccionar directamente con el hierro.
En consecuencia, los sedimentos contienen concentraciones mucho más altas de fosfatos que la columna de agua. Por ejemplo, en los estanques de acuicultura utilizados para la cría comercial de peces y gambas, a menudo hay una gran disparidad entre la concentración de fósforo en el agua y en el sedimento.
Algunos nutrientes de plantas, especialmente micronutrientes como hierro (Fe2+), zinc (Zn2+) y cobre (Cu2+), se unen al carbono orgánico disuelto (COD) en la solución del suelo. Esta unión estimula la absorción de nutrientes por las raíces de las plantas. (Los nutrientes que están unidos a sustancias húmicas y ácidos orgánicos están mucho más disponibles para las plantas que si estuvieran encerrados en precipitados de óxido metálico).
Los nutrientes como fósforo, cobre, molibdato y zinc a menudo están enterrados en precipitados de óxido metálico. Las plantas pueden abrir estos precipitados mediante la respiración ordinaria de las raíces. Es decir, el CO2 respiratorio liberado en la punta de la raíz acidifica la solución del suelo, que disuelve lentamente los precipitados. Las raíces de las plantas también liberan activamente ácidos orgánicos, como los ácidos cítrico, oxálico y cafeico, que ayudan a solubilizar nutrientes como el hierro y el fosfato. Cuando se rompen los precipitados de óxido metálico, los micronutrientes y fosfatos asociados ingresan en el agua del suelo. Luego, las raíces de las plantas pueden absorber fácilmente estos nutrientes.
2.2 - Naturaleza anaeróbica de los sustratos
Un tema común en todas las discusiones sobre la fertilidad o toxicidad de los sustratos es cuán "aeróbicos" o "anaeróbicos" son. Los sedimentos naturales (y los sustratos del acuario) carecen de oxígeno, por lo tanto son anaeróbicos por naturaleza. Sin embargo, los sedimentos anaeróbicos difieren entre sí en su capacidad para aceptar electrones. Por ejemplo, un sustrato con mucha materia orgánica fresca y un pH neutro fomenta la actividad bacteriana y la liberación de electrones. Ese sustrato acumula electrones y, por lo tanto, tiene una capacidad disminuida para aceptar nuevos electrones. Por el contrario, un sustrato arenoso con menos materia orgánica acumularía menos electrones y, por lo tanto, tendría una mayor capacidad para aceptar nuevos electrones. Si bien ambos sustratos podrían estar igualmente desprovistos de oxígeno, el sustrato orgánico probablemente tendría un redox (potencial de reducción y oxidación) mucho más bajo que el sustrato arenoso.
La definición científica de redox es:
"Redox es una descripción precisa y numérica de la capacidad de una solución para aceptar electrones. Es simplemente la diferencia de voltaje (expresada en milivoltios o mV) entre un electrodo de platino y un electrodo de hidrógeno de referencia colocado en una solución".
La relación entre redox y los aceptores de electrones en un hipotético acuario plantado se puede describir de la siguiente manera: Debido a que el agua del acuario debe tener oxígeno para los peces, el agua tiene muchos receptores óptimos de electrones (es decir, oxígeno) y por lo tanto, un alto redox (+800 mV). Esto cambia abruptamente a medida que nos movemos hacia el sustrato. Dentro de la capa de grava, las bacterias aeróbicas han usado la mayor parte del oxígeno, por lo que el redox ha disminuido de +800 a +200 mV. Aunque esta capa está agotada de oxígeno, sigue siendo rica en aceptores de electrones eficientes, como los nitratos, que muchas bacterias usan fácilmente. Sin embargo, a medida que avanzamos por debajo de la superficie de la grava, los aceptores de electrones eficientes se van agotando. En el fondo de la capa de suelo, el redox puede haber disminuido a casi -200 mV. Aquí las bacterias especializadas usan sulfatos o la materia orgánica para aceptar electrones en varios procesos de fermentación.
En la siguiente tabla podemos ver las reacciones típicas del agua y el suelo y sus potenciales de oxidación-reducción en orden decreciente de eficiencia, es decir, las bacterias ganan más energía para aceptar electrones en las primeras reacciones enumeradas en la tabla que en las últimas.
Vamos con el tocho.
SUSTRATOS (NO COMERCIALES)
El uso del suelo (terrestre) en acuarios no está muy extendido entre los aficionados a los acuarios. Hablamos de suelos que se usan para cultivar plantas en jardines o macetas, no vermiculita, arcilla de alfarería, arena para gatos o aditivos para grava.
Los riesgos de usar suelos en acuarios se han exagerado mucho. Si un suelo puede soportar el crecimiento de plantas terrestres, ya sean malezas o flores, puede usarse para cultivar plantas acuáticas y los problemas que a veces causan generalmente son temporales y se pueden solucionar.
Es cierto que el uso de un suelo desconocido en el acuario conlleva riesgos. Incluso si el suelo es adecuado puede no funcionar. (El suelo junto con una iluminación inadecuada y/o plantas inadecuadas puede acabar en desastre). Sin embargo, utilizar solo grava lisa y lavada, casi garantiza el fracaso con el cultivo de plantas en el acuario.
1 - Componentes de suelos y sedimentos
Los suelos (terrestres) y los sedimentos (acuáticos) se componen de: Partículas minerales, materia orgánica, materia inorgánica precipitada y microorganismos. A continuación vamos a ver con más detenimiento cada uno de dichos componentes.
1.1 - Partículas Minerales
Los cuatro elementos más comunes de la corteza terrestre son: Oxígeno, silicio, hierro y aluminio. Forman la "columna vertebral" mineral (arena, limo y arcilla) de todos los suelos. Estos, no solo son diferentes en tamaño, sino también en composición. En general, la arena se compone de pedazos rotos de cuarzo (dióxido de silicio). El limo puede ser roca descompuesta o agregados de arcilla. La arcilla, por su parte, consiste en pequeñas láminas de silicato de aluminio.
Otros minerales como el hierro, el aluminio y los óxidos de manganeso pueden unirse a las partículas de arcilla o formar precipitados separados. Los científicos que estudian el suelo consideran que estos precipitados de óxido son parte de la composición de la arcilla. En los suelos tropicales y otros suelos viejos altamente degradados, los óxidos de hierro y aluminio a menudo constituyen una gran parte de la fracción arcillosa del suelo.
1.2 - Materia orgánica
La materia orgánica es de origen biológico. Los restos de algas, bacterias, plantas, hojas muertas y peces después de la descomposición constituyen la materia orgánica típica del sedimento. Aunque la materia orgánica puede representar solo una pequeña fracción del peso de un suelo, quizás solo el 2 %, puede cubrir el 90 % de la superficie de las partículas del suelo.
La materia orgánica finalmente se descompone en sustancias húmicas (humus), que tienen múltiples cargas negativas que atraen y unen cationes de nutrientes como hierro (Fe3+) y cobre (Cu2+). El origen de la carga negativa del humus (y la capacidad de unión de los nutrientes) son sus diversos grupos hidroxilados, carboxílicos y fenólicos. El humus constituye entre el 60 % y el 80 % de la materia orgánica de los suelos terrestres y aproximadamente el 25 % de la materia orgánica total en los sedimentos acuáticos. Beneficia a las plantas al hacer que los nutrientes, que están disueltos en el suelo, estén más disponibles y al proteger a las raíces de las plantas de la toxicidad de los metales.
1.3 - Materia inorgánica precipitada
La materia inorgánica precipitada se origina en organismos vivos, como las capas de silicato de calcio de las algas diatomeas. En los acuarios, donde hay un aporte continuo de alimento para los peces, puede haber grandes depósitos de fosfatos de hierro insolubles, fosfatos de calcio y carbonatos de calcio. Por ejemplo, la mayoría de los alimentos para peces contienen pescado molido (harina de pescado), que contiene fosfato de calcio de huesos y dientes proveniente de los peces. Este fosfato de calcio pasa intacto a través del intestino de los peces, que al defecar, hacen que se acumule en el sustrato del acuario como parte del mulm de pescado.
1.4 - Microorganismos
La superficie del sustrato, en comparación con el agua suprayacente, alberga muchos microorganismos. En 1983 RG. Wetzel demostró que los sedimentos de los lagos contienen alrededor de mil millones de bacterias por gramo de sedimento. Las bacterias en filtros de arena de acuarios establecidos, tanto marinos como de agua dulce, suman alrededor de 10 millones por gramo de arena.
Los sustratos acuáticos no sólo contienen bacterias, sino también protozoos, hongos, algas y levaduras. Estos microorganismos viven en colonias compactas unidas a partículas de sustrato. Estas colonias a menudo se encuentran cerca de huecos y grietas, en parches de materia orgánica adherida.
La colonización microbiana de las partículas de arena es bastante escasa en comparación con la de partículas de sedimento más finas (arcilla y humus). Por ejemplo, un estudio (K.C. Marshall, 1976) mostró que la mayoría de las bacterias colonizan partículas orgánicas en lugar de arena, a pesar de que las partículas orgánicas representaban solo una fracción del área de superficie disponible. Por lo tanto, en la arcilla y la materia orgánica es donde se encuentra la gran mayoría de las bacterias.
2 - Características de los suelos y sedimentos
En este apartado vamos a ver cómo los sustratos captan nutrientes, su naturaleza anaeróbica, las principales reacciones químicas que tienen lugar y su estabilidad.
2.1 - Unión de nutrientes
Las partículas del suelo, especialmente la arcilla, están cargadas negativamente.
Esto se debe a que el ion de silicio (Si4+) dentro de la estructura original del suelo se reemplaza gradualmente por otros cationes, por ejemplo, sodio (Na+) y potasio (K+) con menos cargas positivas. Debido a que el interior está cargado negativamente, la "capa" externa de partículas del suelo atrae y une cationes incluyendo nutrientes importantes para plantas, como calcio (Ca2+), amonio (NH4+), magnesio (Mg2+) y potasio (K+)
La arcilla tiene 10.000 veces más área de superficie que la arena, lo que le da una capacidad mucho mayor para unir los nutrientes de las plantas que la arena. Por lo tanto, solo la arcilla y el humus, no la arena o el limo, contribuyen significativamente a la capacidad de unión de cationes del suelo. Estas uniones evitan que los nutrientes pasen a la columna de agua; de hecho, algunas partículas pueden incluso extraer nutrientes, como el cobre, directamente del agua.
A las partículas del suelo también se unen nutrientes con carga negativa, (aniones) como los fosfatos HPO4 2- y H2PO4- (fosfato de hidrógeno y dihidrógeno fosfato respectivamente). Esto se debe a que los aniones se sienten atraídos por los cationes asociados con las partículas del suelo. Por lo tanto, el fosfato se adsorbe fácilmente sobre los óxidos de hierro, o puede reaccionar directamente con el hierro.
En consecuencia, los sedimentos contienen concentraciones mucho más altas de fosfatos que la columna de agua. Por ejemplo, en los estanques de acuicultura utilizados para la cría comercial de peces y gambas, a menudo hay una gran disparidad entre la concentración de fósforo en el agua y en el sedimento.
Algunos nutrientes de plantas, especialmente micronutrientes como hierro (Fe2+), zinc (Zn2+) y cobre (Cu2+), se unen al carbono orgánico disuelto (COD) en la solución del suelo. Esta unión estimula la absorción de nutrientes por las raíces de las plantas. (Los nutrientes que están unidos a sustancias húmicas y ácidos orgánicos están mucho más disponibles para las plantas que si estuvieran encerrados en precipitados de óxido metálico).
Los nutrientes como fósforo, cobre, molibdato y zinc a menudo están enterrados en precipitados de óxido metálico. Las plantas pueden abrir estos precipitados mediante la respiración ordinaria de las raíces. Es decir, el CO2 respiratorio liberado en la punta de la raíz acidifica la solución del suelo, que disuelve lentamente los precipitados. Las raíces de las plantas también liberan activamente ácidos orgánicos, como los ácidos cítrico, oxálico y cafeico, que ayudan a solubilizar nutrientes como el hierro y el fosfato. Cuando se rompen los precipitados de óxido metálico, los micronutrientes y fosfatos asociados ingresan en el agua del suelo. Luego, las raíces de las plantas pueden absorber fácilmente estos nutrientes.
Ejemplo de unión de nutrientes (intercambio catiónico)
Foto: Tiloom.com
2.2 - Naturaleza anaeróbica de los sustratos
Un tema común en todas las discusiones sobre la fertilidad o toxicidad de los sustratos es cuán "aeróbicos" o "anaeróbicos" son. Los sedimentos naturales (y los sustratos del acuario) carecen de oxígeno, por lo tanto son anaeróbicos por naturaleza. Sin embargo, los sedimentos anaeróbicos difieren entre sí en su capacidad para aceptar electrones. Por ejemplo, un sustrato con mucha materia orgánica fresca y un pH neutro fomenta la actividad bacteriana y la liberación de electrones. Ese sustrato acumula electrones y, por lo tanto, tiene una capacidad disminuida para aceptar nuevos electrones. Por el contrario, un sustrato arenoso con menos materia orgánica acumularía menos electrones y, por lo tanto, tendría una mayor capacidad para aceptar nuevos electrones. Si bien ambos sustratos podrían estar igualmente desprovistos de oxígeno, el sustrato orgánico probablemente tendría un redox (potencial de reducción y oxidación) mucho más bajo que el sustrato arenoso.
La definición científica de redox es:
"Redox es una descripción precisa y numérica de la capacidad de una solución para aceptar electrones. Es simplemente la diferencia de voltaje (expresada en milivoltios o mV) entre un electrodo de platino y un electrodo de hidrógeno de referencia colocado en una solución".
La relación entre redox y los aceptores de electrones en un hipotético acuario plantado se puede describir de la siguiente manera: Debido a que el agua del acuario debe tener oxígeno para los peces, el agua tiene muchos receptores óptimos de electrones (es decir, oxígeno) y por lo tanto, un alto redox (+800 mV). Esto cambia abruptamente a medida que nos movemos hacia el sustrato. Dentro de la capa de grava, las bacterias aeróbicas han usado la mayor parte del oxígeno, por lo que el redox ha disminuido de +800 a +200 mV. Aunque esta capa está agotada de oxígeno, sigue siendo rica en aceptores de electrones eficientes, como los nitratos, que muchas bacterias usan fácilmente. Sin embargo, a medida que avanzamos por debajo de la superficie de la grava, los aceptores de electrones eficientes se van agotando. En el fondo de la capa de suelo, el redox puede haber disminuido a casi -200 mV. Aquí las bacterias especializadas usan sulfatos o la materia orgánica para aceptar electrones en varios procesos de fermentación.
En la siguiente tabla podemos ver las reacciones típicas del agua y el suelo y sus potenciales de oxidación-reducción en orden decreciente de eficiencia, es decir, las bacterias ganan más energía para aceptar electrones en las primeras reacciones enumeradas en la tabla que en las últimas.
Redox de reacciones químicas típicas en agua y sedimentos
| Redox (mV) | Reacción | Características |
| +816 | O2 + 4H+ + 4e- = 2 H2O | Agua saturada de oxígeno |
| +421 | NO3- + 2H+ + 2e- = NO2- + H2O | Desnitrificación (primer paso) |
| +396 | MnO2 + 4H+ + 2e- = Mn2+ + 2 H2O | Solubilización de manganeso |
| -192 | Fe(OH)3 + 3H- + e- = Fe2+ + 3 H2O | Solubilización de hierro |
| -215 | SO4 2- + 10H+ + 8e- = H2S + 4 H2O | Producción de sulfuro de hidrógeno |
| -244 | CO2 + 8H+ + 8e- = CH4 + 2 H2O | Producción de gas metano |
| -413 | 2H- + 2e- = H2 | Producción de gas hidrógeno |
