Regno | Plantae |
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Classe | Equisetopsida |
Sottoclasse | Polypodiidae |
Ordine | Salviniales |
Famiglia | Salviniaceae |
Genere | Azolla |
Azolla filiculoides , il falso filicule azolle , Azolla filicule falsi , falsi felce Azolla o acqua felce , è uno specie di piccola felce galleggianti acquatica, originaria delle zone temperate caldo e tropicale , la famiglia di Salviniaceae (ex Azollaceae ).
È una pianta che in Europa mostra - localmente e in determinate condizioni (acque lente e piuttosto eutrofiche ) - capacità invasive , o comunque proliferative . Tuttavia, è stato trovato utilizzabile come concime verde e come agente per la disintossicazione dei rifiuti o delle acque industriali, in particolare per quanto riguarda i metalli pesanti .
È una felce molto piccola di circa 1-2 cm di diametro. Ha un rizoma ramificato che si divide man mano che la pianta cresce. Le fronde squamate sono idrofobiche nella parte superiore. Si estendono orizzontalmente sulla superficie dell'acqua man mano che la pianta cresce. Queste fronde sono piccole, verdi o talvolta rosa, arancioni o addirittura tinte di rosso a fine estate.
La loro parte inferiore è ricoperta di peli.
Come altre specie di Azolla, Azolla filiculoides ospita cianobatteri simbiotici, del genere Anabaena ; può quindi fissare l' azoto dell'aria. Questi batteri possono svolgere un certo ruolo nello spiegare le capacità di fissaggio, moltiplicazione e disintossicazione dell'azoto del mezzo, dimostrate in Azolla, ma non è indubbiamente decisivo per quanto riguarda la capacità di fissare i metalli.
Abbiamo infatti identificato un gene che codifica per una metalloproteina ( metallotioneina (MT), una proteina nota per la sua capacità in molte specie di legarsi ai metalli pesanti). In laboratorio, questo gene viene attivato in presenza di metalli tossici anche negli azolla liberati dai loro batteri simbionti (mediante trattamento antibiotico con eritromicina ).
Questa felce eterospora produce sporocarpi .
La specie, originaria del Sud America , è stata introdotta in molte parti del Vecchio Mondo dove si è naturalizzata ed è diventata occasionalmente invasiva (in diverse parti dell'Europa occidentale, Africa meridionale, Asia tropicale, Australia dove è considerata locale o acclimatata) e Nuova Zelanda .
Quando presente, può formare dense colonie galleggianti sulla superficie di stagni e alcuni fossati , acquitrini o canali , al punto da ricoprire talvolta l'intera superficie.
Questa pianta non tollera il gelo. Al di sotto dei 10 ° C , nelle regioni temperate, gran parte delle popolazioni muore in inverno, sopravvivendo comunque tramite gemme sommerse, purché queste ultime non rimangano bloccate nel ghiaccio.
Il tasso di crescita è correlato alla temperatura dell'acqua a 25 ° C circa. Studi di laboratorio, in ambiente controllato, hanno dimostrato che A. filiculoides cresce più velocemente (rapporto lineare) all'aumentare della temperatura dell'acqua, da 10 ° C a 25 ° C (per un termoperiodo e fotoperiodo di 12h / 24).
Crescita rimane elevata tra 25 e 35 ° C .
È una pianta di piena luce. Il guadagno in crescita all'aumentare dell'intensità della luce scompare però oltre una certa soglia (soglia di saturazione della luce ) a 100 μE / m² / sa 10 ° C ; ma questa soglia è nettamente superiore per temperature di 35/25 ° C, almeno 1000 µE / m² / s.
Essa dipende dalla attività nitrogenasi della pianta, che aumenta con la temperatura, quando cambia da 1 -10 ° C 20 -30 ° C . A parità di condizioni, la fissazione dell'azoto non aumenta se l'insolazione viene aumentata da 50 a 1.000 µE / m² / s. La fissazione ottimale dell'azoto per questa pianta sembra essere raggiunta in un intervallo di temperatura compreso tra 15 −25 ° C e 30 −40 ° C (per una luminosità di 500 µE / m² / s).
Al di sopra di 30 −40 ° C , l'attività nitrogenasi di Azolla filiculoides non aumenta più. Tuttavia, i ricercatori hanno notato una marcata influenza del fotoperiodismo : se le felci vengono coltivate a temperature più basse e poi sottoposte ad un graduale aumento della temperatura simulando l' alba di mezzogiorno di un ciclo diurno , l'attività della nitrogenasi aumenta. Poi di nuovo con la temperatura fino a 40 ° C, e rimane alta se la temperatura sale fino a 45 ° C. Una simile picco di attività nitrogenasi è stato osservato anche per A.filiculoides all'aperto coltivati su scorching pomeriggio (da 40 a 45 ° C ).
Viene raccolto localmente, e persino coltivato, per le sue capacità di fissazione dell'azoto . Facile da raccogliere perché galleggiante, può quindi essere utilizzato come sovescio per migliorare la produttività di piante coltivate in acqua come il riso (anche nelle zone temperate) o per l'orticoltura . La sua coltivazione è scientificamente testata da due anni su maggese di risaie californiane allagate , nella Sacramento Valley . L'esperienza ha dimostrato che il suo tasso di crescita esponenziale e il contenuto di azoto erano correlati con la temperatura massima dell'aria tra l'inizio di febbraio e la fine di aprile. La sua presenza potrebbe quindi essere favorita in una zona temperata dal riscaldamento globale se la fine degli inverni diventasse notevolmente più calda.
Un'applicazione primaverile di concime verde sotto forma di 40 kg / ha di azolla essiccata ha aumentato la produttività della risaia di 2 t / ha (rispetto alle parcelle di controllo non fecondate). Questo guadagno di produttività era equivalente a quello ottenuto dalla stessa quantità di fertilizzante chimico azotato (fornito sotto forma di solfato di ammonio ). Nello stesso studio, l'incorporazione (nella primavera del 1978) di 93 kg / ha di sovescio sotto forma di A. filiculoides essiccato ha permesso - per un periodo di 46 giorni - di aumentare la produttività del riso di 2, 6 t / ha , ovvero il 700% dell'incremento ottenuto con una quantità equivalente di solfato di ammonio. Questi esperimenti hanno portato gli autori dello studio a concludere che il 50% dei fertilizzanti azotati utilizzati dalle risaie californiane potrebbe essere sostituito da Azolla.
Test di coltura di 3 ceppi di Azolla filiculoides provenienti da aree geografiche remote e di un ceppo di A. pinnata sono stati effettuati vicino a Napoli (Italia). Hanno dimostrato che i raccolti in questo paese consentono anche l'uso locale come fertilizzante organico. La crescita dell'azolla è stata ottimale alla luce naturale (82 Klux) e con un pH da leggermente acido a neutro (tra 5-7) e A.filliculoides sembrava beneficiare in modo più efficace di una minore insolazione. Quando sono state soddisfatte le condizioni ideali di ph, temperatura e illuminazione, la biomassa prodotta è raddoppiata ogni 2,7-3,3 giorni. Tali rese sono paragonabili a quelle ottenute negli Stati Uniti per la produzione di Azolla come sovescio.
Tuttavia, questa pianta è un eccellente accumulatore di metalli pesanti. Può quindi essere anche un fattore di trasferimento di prodotti tossici (né biodegradabili né degradabili).
La sua coltivazione come sovescio su larga scala nelle zone umide potrebbe anche indurre squilibri ecologici per due motivi:
Il prezzo dei metalli preziosi tende ad aumentare da diversi decenni e alcuni metalli utili per l' elaborazione dei dati o per alcuni trattamenti medicinali (la chemioterapia in particolare) rischiano di diventare meno accessibili economicamente. Alcuni di questi metalli sono anche tossici ed ecotossici se vengono rilasciati nell'ambiente. Riuscire ad estrarre meglio questi metalli da effluenti minerari o industriali, al fine di riciclarli al meglio, è quindi una questione importante.
Sono in fase di sperimentazione vari metodi per estrarre, a costi ragionevoli, i metalli preziosi presenti a basso contenuto nelle acque reflue. Raggiungere questo obiettivo ha un duplice interesse ambientale (riciclaggio molto migliorato, ma anche pulizia ambientale, ad esempio per i sali (tossici) dei platinoidi persi attraverso l' urina dei pazienti trattati con chemioterapia ).
Bioconcentrazione utilizzando piante o funghi vivono tramite rispettivamente la fitodepurazione e più recentemente tramite il fongoremédiation oggetto di studi e prove in laboratorio e in situ . Si tratta di soluzioni moderatamente costose, a volte molto efficaci, ma che - per i metalli - richiedono spesso molto tempo per essere implementate.
Un'altra soluzione sperimentata a partire dagli anni '80 è l'utilizzo di biomasse morte e preparate (facili da immagazzinare) di alcune specie, tra cui l'Azolla, che sembra particolarmente efficiente per questo utilizzo. In particolare, permette di estrarre velocemente metalli molto diluiti in acqua con ottime rese, e senza che la tossicità del metallo ne intacchi la resa (essendo la pianta morta che viene utilizzata).
L'azolla filiculoïdes, morta, estrae quindi in modo molto efficiente i metalli dai liquidi acquosi, anche se ha concorrenti, tra cui in particolare il micelio dei funghi che spesso esibiscono una capacità significativa (e talvolta mirata) di legarsi con gli ioni metallici dalle soluzioni acquose. Le cellule filiculoidi morte dell'azolla infatti estraggono attivamente i metalli dall'acqua, mediante legami chimici (chiamati “ biosorbimento ”) da alcune cellule o specie.
Un esempio di performance spettacolare è quello del trattamento degli effluenti delle miniere d'oro . Questi ultimi (o l'industria artigianale o l'industria della doratura o della doratura galvanica) rilasciano quantità significative di oro , a basse concentrazioni (da 1 a 10 mg / L o meno) e in forme precedentemente difficili da recuperare (a differenza di altri metalli l'oro ionico è particolarmente difficile da estrarre dalla soluzione).
Uno studio aveva già dimostrato a metà degli anni '80 che la biomassa o il necromassaggio algale potevano estrarre l'oro da un mezzo acquoso che lo contenesse, per diversi tipi di oro disciolto, e che poteva essere reso un biosorbente in tal modo efficace.
Azolla filiculoides è stata quindi testata (in Sud Africa) per il recupero dell'oro in soluzione. Facendo passare acqua contenente oro disciolto su un letto di azolla precedentemente raccolto in natura, lavato con acqua distillata, quindi essiccato a 37 ° C , la biomassa di azolla ha dimostrato di essere in grado di "catturare" e fissare dall'86% al 100% di l'oro (III) presente in una soluzione che inizialmente conteneva da 2 a 10 mg / L.
Si può così recuperare più del 95% dell'oro in soluzione: in un mezzo mantenuto acido (correzione del pH per mantenerlo a 2 durante l'intera fase di estrazione), è stata estratta la biomassa azolla introdotta nella soluzione. in circa 40 minuti (e oltre l'80% è stato estratto in 20 minuti). Questo esperimento ha mostrato che il pH era decisivo per la capacità dell'azolla morta di fissare gli ioni metallici; la fissazione dell'oro varia notevolmente a seconda del pH. Quest'ultimo, secondo gli autori di questo studio, influenza il comportamento dell'oro (forma anionica AuCl 4 - a pH 2, e complessi dell'oro III a pH prossimo al neutro), ma anche il comportamento dell'azolla necromass. Le relazioni tra pH e assorbimento o adsorbimento non sono affatto lineari. Così, dopo 180 min, solo il 42% dell'oro viene estratto dalla soluzione a pH 3 e 4, mentre il 63% è a pH 5 e il 73% a pH 6. Lo stesso studio ha mostrato che la temperatura del mezzo Little interviene in l'efficienza dell'estrazione, e per niente a pH 2 dove viene catturato tutto l'oro, qualunque sia la temperatura. In questo caso la concentrazione iniziale di oro era di 8 mg / L e sono stati aggiunti 5 g di Azolla filiculoides essiccata per litro di soluzione (il mezzo essendo agitato da un agitatore). Questo tasso di Azolla necromass (5 g / L) è stato determinato sperimentalmente come ottimale per l'estrazione dell'oro (dopo aver testato tassi da 1 a 9 g di biomassa di azolla essiccata per litro). A 5 g di azolla essiccata per litro e pH 2, è stato estratto il 99,9% dell'oro in soluzione.
I migliori risultati (recupero superiore al 99%) sono stati ottenuti quando l'oro era sotto forma di tetracloroaurato di idrogeno (III), a pH 2 sotto forma di anione AuCl 4 - molto facilmente estraibile dall'azolla. Gli autori hanno concluso che l'azolla essiccata è un " biosorbente " molto efficace, poiché ha un "potere sequestrante" superiore a quello delle costose e inquinanti resine a scambio ionico disponibili sul mercato o a quello del carbone attivo .
Il rame è altamente tossico a basse dosi per alghe e licheni . È anche benefico per molti batteri benefici del suolo e inibisce anche la crescita dei funghi. Per questo motivo trova largo impiego come antiparassitario negli antifool , oppure sotto forma di poltiglia bordolese per colture sensibili all'oidio ( vite , pomodoro ). Questo rame, oltre una certa dose, diventa un inquinante del suolo (non biodegradabile e non degradabile) che può accumularsi al punto da porre seri problemi ecotossicologici.
Molte industrie o attività minerarie e metallurgiche perdono quantità significative di rame solubilizzato nei loro effluenti. L' acqua addolcita la dissolve anche nei tubi di rame . L'acqua piovana, naturalmente acida, e talvolta molto acidificata nelle città o sottovento di alcune aree industriali, può anche estrarre rame da grondaie o pluviali di rame , nei paesi in cui non sono fatte di zinco o ghisa.
Uccisi, sbiancato e epicloridrina azolla stabilizzati sono stati testati con successo come biosorbent al rame estratto (come Cu 2+ ) dalla soluzione. Nelle colonne di laboratorio, l'Azolla necromass ha biosorbito da 320 a 363 mg / mol per grammo di azolla, da una soluzione contenente 100 mg / L di Cu 2+ . Le rese di questa estrazione di Cu 2+ mediante necromass trattata con epicloridrina, erano superiori a quelle ottenute con necromassaggi semplicemente sbiancati e setacciati, che a loro volta erano migliori che con azolla vivi.
In laboratorio, una colonna contenente 2,5 grammi di Azolla morte stabilizzata con sequestratori di epicloridrina al 100% degli ioni rame in una soluzione 12L contenente 5 mg di Cu 2+ per litro. E dopo che sono passati circa 22 litri di soluzione, quella stessa colonna è ancora inferiore al 75% del suo punto di saturazione. Questo metodo sembra molto più efficiente - sia in termini di resa che di velocità - rispetto ad altri metodi precedentemente testati, ad esempio con un necromass di alghe planctoniche di facile coltivazione ( Microcystis ad esempio), stabilizzate sotto forma di alginato ). Il necromass che ha adsorbito i metalli deve poi essere trattato per desorbirli, ad esempio mediante lavaggio con acqua bidistillata acidificata (pH2), oppure con ETA.
Bioconcentrazione di metalli pesantiQuesto impianto fissa i metalli pesanti così bene che è stato proposto per il biorisanamento o la disintossicazione degli effluenti industriali liquidi inquinati dai metalli.
In laboratorio, in soli 3-7 giorni, Azolla filiculoides, coltivata con 8-15 ppm di diversi metalli pesanti nel mezzo, ha infatti concentrato molto fortemente questi metalli (10.000 ppm per cadmio , 1.990 ppm per cromo , 9000 ppm per rame , 9000 ppm per nichel e 6500 ppm per zinco ). Inoltre, il 98% dei metalli pesanti era legato alla frazione insolubile di Azolla, che teoricamente li rende più facilmente estraibili. Una volta che la pianta è essiccata, il livello dei metalli è da 3 a 7 volte superiore a quello della pianta viva o morta e bagnata. La combustione lenta (con filtrazione dei fumi) è un mezzo per recuperare i metalli, in particolare i metalli preziosi. Tuttavia, il recupero dei metalli a bassa temperatura di fusione richiede una condensazione ottimale dei vapori tossici ( per esempio il piombo , e ancor di più per il mercurio ).
Capace di sali d'argento fortemente bioconcentranti ( tossici ed ecotossici per molti organismi acquatici), è stato utilizzato per purificare l'acqua inquinata dall'industria fotografica negli anni '80 . Studi hanno dimostrato la capacità di A. filiculoides di assorbire e fissare gran parte dello zinco presente (in forma ionica bioassimilabile) in soluzioni acquose e acque reflue galvaniche , anche in colonne. L'assorbimento sembra essere massimo (45,2 mg / g) in un sistema batch con acqua a pH 6,0. Gli A. filiculoids essiccati forniscono inoltre un materiale stabile e facile da lavorare.
Recupero della bioselettività dei metalliSembra possibile in futuro recuperare selettivamente i metalli; infatti, radici e fronde non legano esattamente gli stessi metalli. Le radici fissano alcuni metalli da 2 a 5 volte di più delle fronde. Lo zinco e il cadmio si trasferiscono invece più facilmente dalle radici alle fronde, mentre il nichel, il rame e il cromo sono più nelle radici.
Impatti tossicologici dei metalli pesantiHanno un effetto sul metabolismo della pianta: in laboratorio, la crescita di A. filiculoides in presenza di metalli pesanti ha portato a perdite significative di ioni K + , Mg 2+ e Na + dalle radici con minore perdita di Ca 2+ . L'effetto dei metalli pesanti sulla perdita di K + , Na + e Mg 2+ dalle fronde era più limitato. L'attività della nitrogenasi era quasi completamente inibita dal cadmio, dal nichel e dall'effetto dello zinco, e meno dal rame e dal cromo.
Limitazione della capacità di adattamento all'ambienteIn laboratorio abbiamo confrontato la capacità di questa specie (oltre a quella di 5 specie di lenticchia d'acqua ( Lemna gibba L., Lemna minor L., Lemna trisulca L., Spirodela polyrhiza (L.) Schleiden e Wolffia arrhiza (L .) Hork Ex. Wimm.) Crescere in acque reflue domestiche e due tipi di acque reflue industriali (confronto con la loro crescita in un mezzo minerale standard). In questi esperimenti, nei tre tipi di acque reflue, il carico organico variava da 300 a 442 mg / l (DOC), mentre l'azoto totale variava da 14 a 52 mg / L e il fosforo totale variava da 7 a 9 mg / l. La crescita di tutte le specie è stata inibita sia per le acque reflue artificiali (rispetto al terreno minerale standard di riferimento ) Nelle acque reflue domestiche, solo Lemna gibba e Spirodela polyrhiza sono cresciute così come nel mezzo di riferimento.
La notevole capacità dell'azolla filiculoide di concentrare i metalli, compresi i metalli tossici molto presenti nell'ambiente (piombo in particolare), suggerisce però anche che l'azolla può svolgere un ruolo nelle zone umide nella bioconcentrazione dei metalli pesanti nell'ambiente. soprattutto per il piombo da corrosione di attrezzi da pesca , di granuli di caccia o di tiro al piattello dispersi in natura (vedi ad esempio articoli dedicati all'avvelenamento aviario o alla tossicità delle munizioni ).
L'uso agroambientale delle azolle presenta per queste stesse ragioni e altre dei limiti:
In Sud Africa, dove fu osservata per la prima volta nel 1948, probabilmente introdotta dall'uomo, questa specie divenne rapidamente invasiva. Ha colonizzato le aree lì con un tasso di espansione medio di 1,33 ha / anno. In questo paese, un piccolo coleottero ( Curculionidae ), Stenopelmus rufinasus Gyllenhal, è stato impiantato come agente di controllo biologico , dalla fine del 1997, negli ambienti interessati da questa invasione.
Entro 3 anni dall'introduzione volontaria di questo tonchio che produce diverse generazioni di piccoli all'anno, questo insetto ha ridotto l' invasività della felce al punto che non era più considerato un problema nel paese. Prima della sua introduzione, era stato importato in quarantena e poi testato in laboratorio per verificarne la selettività alimentare: doveva distruggere appositamente gli azolla introdotti, e non le piante autoctone. Per questo è stato testato su 31 specie di piante sudafricane appartenenti a 19 famiglie botaniche. Da allora, questo insetto è stato utilizzato in altri paesi, incluso il Regno Unito.