математика

P хосхатът е йон, който предизвиква голяма загриженост за акваристите на рифовете. Всъщност, освен калция и алкалността, може би това е химическата тема, върху която акваристите на рифовете се фокусират най-много. Голяма част от тази загриженост е оправдана, като фосфатът потенциално допринася за проблеми с водораслите, лошо оцветяване на корали и други безгръбначни и растеж на повечето фотосинтетични организми. Поради тези причини всеки риф трябва да има план за износ на фосфат по един или повече начини и изборът е изобилен. Темите, свързани с желаните целеви нива и многото методи за износ, бяха обхванати подробно от мен и други автори в миналото и няма да се спирам на тях тук.

Това, върху което ще се съсредоточа, е свързано с различните източници на фосфати в рифовите аквариуми и колко е важен всеки от тях в действителност за работещ аквариум. Отдавна има многобройни недоразумения по тези проблеми с източника, но през последните две години изглежда, че тези недоразумения стават все по-чести и понякога подтикват акваристите към неоправдани действия.

Отчасти приписвам този скорошен подем в объркване на новодостъпните фосфатни пулове от Hanna. Без да се впускам в каквато и да е дискусия за тяхната относителна точност или достойнствата при използването им, мисля, че много акваристи са привлечени към неподходящи действия, като намират фосфат в различни добавки, за които преди това не са знаели. Перифразирайки Полето на сънищата: „Изградете го и те ще намерят фосфат“. За да могат акваристите да интерпретират какво означават тези намерени стойности, те трябва да имат разбиране за цялостния баланс на фосфатите в аквариумите на кораловите рифове. Тази статия се стреми да предостави разбирането, необходимо за поставяне на проблемите с фосфатите в правилната перспектива.

Така че само за начало, нека видим колко от вас биха били загрижени от всеки от тези сценарии:

  1. Моята пречистена прясна вода, която използвам за доливане, съдържа 0,05 ppm фосфат. Тъй като се опитвам да поддържам резервоара си на 0,02 ppm, това очевидно е твърде много. Какво трябва да направя?
  2. Сложих куб от моята замразена рибна храна в половин чаша вода и направих тест за фосфат върху водата. Получих огромна стойност от 1,0 ppm. Това е огромен проблем, нали?

Фигура 1. Структурата на ДНК, изготвена от Madeleine Price Ball за Wikipedia. Фосфорът е показан в жълто.

Опитът ми казва, че 95% или повече от рифовите акваристи са съгласни, че първите три са проблеми, които трябва да бъдат решени, и поне половината имат същите чувства, изразени в номер четири. В действителност първите три наистина не са съществени проблеми и риферите трябва да разберат защо. Четвърти сценарий обобщава основната точка, която риферите трябва да разберат: храните са основният източник на фосфат в почти всеки аквариум, който се храни, независимо от избора на храни и изплакване и т.н. В повечето аквариуми този източник доминира над всички други източници от коефициент от десет до сто или повече, дори ако сценарии 1-3 също са верни!

Хранителни източници на фосфат

За да започнем да разбираме източниците на фосфати в аквариумите, нека първо разгледаме храните. Противно на това, което мнозина предполагат, фосфатът не е нещо, което може да се избегне в хранителна храна за риби. Фосфорът присъства в много от биомолекулите на живота, така че всяка естествена тъкан, която влиза в рибна храна, ще съдържа значителен фосфор в него. Фосфолипидите съставляват значителна част от клетъчните мембрани. Генетичният код на всеки организъм се състои от ДНК и тази ДНК съдържа фосфатен мост между всяка двойка основи (Фигура 1 показва колко фосфат наистина е в ДНК). Начинът, по който всички клетки получават енергия, е чрез превръщане на АТФ в ADP и тези молекули съдържат съответно 3 и 2 фосфатни части (Фигура 2).

Фигура 2. Структурата на АТФ, показваща трите фосфатни части от лявата страна.

Най-важното за хранителните аспекти на храните и фосфатите, протеините съдържат фосфат. Много начинаещи химици разбират, че протеините са изградени от аминокиселини и нито една от стандартните аминокиселини не съдържа фосфат, така че откъде идва фосфатът? Оказва се, че организмите прикрепят фосфат към хидроксилната група на аминокиселините треонин и тирозин в протеините, за да включат и изключат много видове протеинови функции. Следователно, протеините често съдържат много фосфати, което затруднява приготвянето на пълноценни хранителни храни без съществен фосфат. Връзката между фосфат и протеин е толкова тясна, че хората, които страдат от излишък на фосфат (обикновено тези с бъбречни заболявания и особено тези на диализа) не могат да получат достатъчно протеин, без да получават твърде много фосфати. Тези пациенти приемат орални фосфатни свързващи вещества, за да свържат диетичния фосфат, преди той да се абсорбира от тънките им черва, тъй като ограничаването на диетичния фосфат просто не е достатъчно ефективно.

Количествено определяне на фосфатите в храните

Колко фосфат има в храните? Много, но това зависи от храната. Някои аквариумни храни посочват на етикета минимално определено количество фосфор (фосфорът е атомът, P, в центъра на фосфатен йон, PO4 -). Анализите на храните често посочват като единица мярка количество фосфор вместо фосфат. Подобно на фута и инча, това са просто различни мерни единици на едно и също нещо, а стойностите на фосфора се умножават по 3,1, за да се получат стойностите на фосфата.

За храни, които са предназначени за консумация от човека (като скариди или миди), можем да търсим известни данни за съдържанието на фосфор. За съжаление, много производители на аквариумни храни не предоставят фосфорни стойности и те са сложни смеси от много съставки, които ни пречат да ги търсим. Може би някои производители са загрижени за изплашването на акваристите относно съдържанието на фосфати. За щастие, Рон Шимек анализира разнообразие от храни преди няколко години и този набор от данни може също да се използва, за да се разбере колко фосфор има в различни търговски аквариумни храни. Таблици 1-3 съдържат данни за съдържанието на фосфор и протеини в много аквариумни храни, като Таблица 1 съдържа сухи храни, Таблица 2 съдържа замразени храни и Таблица 3 съдържа храни за хранителни стоки, които понякога се използват в аквариумите.

Само тези стойности на суров фосфор ни позволяват да знаем колко фосфор навлиза в аквариума чрез хранене на определена храна и ние ще използваме тези числа в няколко анализа по-късно в тази статия. Човек трябва да бъде предпазлив да разчита твърде много на такива числа за сравнителни цели, тъй като някои храни имат значително повече влага или пълнители в храната, които служат за намаляване на процента фосфор, но не са непременно по-добър избор от гледна точка на фосфора. Просто трябва да се нахрани повече по-влажна храна, отколкото по-суха, за да се постигне същото общо хранене, компенсирайки по-ниската претендирана стойност на фосфор.

Един полезен начин за сравняване на храните помежду си е чрез сравняване на съотношението фосфор и протеин. По този суров начин можем да премахнем ефектите поради влагата и пълнителите. Очевидно този метод има своите недостатъци, тъй като хранителната стойност на храните е далеч по-сложна, отколкото предоставя протеиновата стойност, но ще ни позволи да разберем сред подобни видове храни, които изглежда осигуряват повече или по-малко фосфор. За да помогна на читателя, избрах да покажа по-високия фосфор на протеиновите храни в червено и по-ниските в зелено в таблици 1-3. Граничните стойности, които използвах, са напълно произволни и определено не трябва да се прави избор на храна само въз основа на този критерий. Въпреки това са очевидни няколко точки:

Въздействие на храните върху фосфатния баланс на аквариума

Сега стигнахме до същността на въпроса. Действителното количество фосфор, присъстващо в храните и какво означава това. За да разберем ефектите от храните, трябва да разберем какво се случва с тях, когато се добавят в аквариум. Някои акваристи смятат, че консумираните храни не допринасят за свободния фосфат във водата. На много акваристи се казва мантрата за хранене само толкова, колкото е изядено, и те объркват тази идея с предположението, че когато прави това, човек свежда до минимум отделянето на фосфати. Тази идея е просто невярна.

Риба или друг организъм, който яде храни, поема значително количество фосфат, както е показано по-горе. Но какво се случва с него? Ако организмът в действителност не се разширява по размер (като възрастен зелен хромис или човек), приетият фосфат почти изцяло се екскретира обратно във водата. Единственото изключение от този процес е много малкото количество фосфор, което попада в яйцата или спермата и тъй като в повечето аквариуми тези елементи бързо се консумират от други организми, в крайна сметка фосфорът ще попадне във водата.

Растящите организми поемат малко количество фосфор от храната и го задържат в растящите си тъкани, но акцентът е върху малкото. Изследване на рибно стопанство с бързо растяща дъгова пъстърва в океана показа, че 78-82% от фосфорния фураж за рибите е загубен за околната среда. Второ проучване на аквакултурата, използващо нормални рибни храни, показва, че 62% от нахранения фосфат се освобождава в околната среда, като 35% се освобождават като разтворим фосфат, достъпен директно за водораслите, и 27% като фосфор във фекалните пелети (които, ако не бъдат отстранени, ще разградете се в аквариум, освобождавайки фосфата отново). Друго проучване показа, че 81,5% от търговския диетичен фосфат се отделя в околната среда, но че при „специална“ диета с ниско съдържание на фосфати и ниско рибно брашно това може да бъде намалено до 64% ​​загуба. Четвърто проучване показа, че растящите риби, хранени с малко по-малко фосфат, отколкото им е необходимо (за оптимизиране на теоретичното усвояване), приемат и задържат различни източници на фосфати по различен начин. Използвайки пречистена протеинова диета, те наблюдават задържане на 72% от фосфора, 51% задържане на фосфор от добавено рибено костно брашно и по-високи нива на поемане и задържане на неорганични фосфатни добавки (като натриев фосфат).

Този вид проучвания предизвикват загриженост в условията на аквакултури поради замърсяване на околната среда поради отделянето на фосфор и азот. Доколкото ми е известно, никога не е било правено в рифов аквариум. Такива изследвания на фосфорния баланс също се провеждат при хора в продължение на много години. При възрастни е ясно, че почти целия погълнат фосфат се екскретира, най-вече с урината, а част и с изпражненията. Дори при малките растящи деца, количеството фосфор, задържано от диетата, е само 5-20% от консумираното, като 80-95% се екскретира в урината и изпражненията. Въпреки че подобни проучвания са доста отдалечени от рифовите аквариуми, те подкрепят идеята, че организмите поемат много повече фосфор, отколкото задържат, дори когато растат.

Следователно акваристите на рифовете трябва да очакват, че голяма част от фосфора, добавен към рифовия аквариум под формата на храни, в крайна сметка попада във водата като фосфат. Дали тази порция попада във водата е 95% или 35%, няма да повлияе съществено на заключенията по-долу, че храните добавят много голямо количество фосфат.

Количествено определяне на въздействието на хранителния аквариум фосфат

Използвайки предположението, че по-голямата част от фосфора, присъстващ в храните, в крайна сметка се оказва като фосфат в аквариума, можем да изчислим приблизително какъв е този ефект. Дори ако действителният брой е половина или четвърт от добавеното, получаването на информацията за опорните точки е много полезно, за да се прецени важността на този фосфатен източник. Очевидно изчислената стойност зависи от това колко от това, което се захранва с аквариум с какъв размер.

Таблица 4 показва разнообразие от възможни схеми за хранене, които акваристът може да използва в хипотетичен аквариум от 100 галона (379 L; действителен обем вода). Акваристите могат сами да решат как тези режими се сравняват със собствените им графици за хранене.

Таблица 4. Добавки на фосфати към аквариум с действителен воден обем от 100 галона с различни ежедневни режими на хранене. Храни FedP Фосфор, добавян ежедневно (mg) Еквивалентен фосфат, добавян ежедневно (mg) Еквивалентна концентрация на фосфат, добавян ежедневно (ppm)
1 Prime Reef Cube2.78.40,022
1 Prime Reef Cube 1 куб от Формула 16.018.60,049
1 куб Формула 2 1 куб Mysis3.912.10,032
IO Marine Omnivore Chips (2 g)22.680,18
IO Marine Omnivore Chips (1 g) Silversides (1/2 чаена лъжичка) Nori (2,5 g = голям лист)371150,30

Очевидно има голям диапазон в зависимост от това колко се храни. Това, което е изненадващо за много хора, обаче е колко голям е този брой спрямо типичните целеви нива на фосфат в рифовите аквариуми, които може да са около 0,03 ppm или по-малко. Дори лекото хранене на един куб с относително ниско съдържание на фосфатно замразена храна към този аквариум доставя по-голямата част от това целево количество в едно хранене. Тежкото хранене добавя десет пъти това количество за един ден. Накратко, тази висока дневна скорост на добавяне е причината контролът на фосфатите често да е много труден или рифовите аквариуми.

Изплакване на храни и ефект върху фосфатите

Сега, след като разполагаме с известна информация за фосфатите в храните, можем критично да проучим загрижеността, която много акваристи изпитват относно храните, и по-специално изплакването им от замразени храни преди употреба. Типичен тест, който виждате, е някой да вземе кубче рибна храна, да го размрази и да го сложи в половин чаша вода. След това тестват тази вода за фосфат и я намират „извън класациите“. Да приемем, че това означава 1 ppm фосфат, което би дало много тъмно син цвят при много тестове за фосфат. Имайте предвид, че това е мисловен проблем, а не действителна измерена стойност, но е типично за това, което хората смятат, че отговорът е.

Това ли е много фосфат? Е, има два начина да измислите отговора.

Първият начин е като част от общия фосфат в тази храна. Половин чаша вода при 1 ppm (1 mg/L) фосфат съдържа общо 0,12 mg фосфат. Куб с формула 2 съдържа около 11,2 mg фосфат. Така хипотетичният етап на изплакване е отстранил около 1% от фосфата в тази храна. Според мен не си струва, но това решение може да вземе всеки акварист за себе си.

Вторият начин да се разгледа това изплакване е по отношение на това доколко намалява тласъка до концентрацията на аквариумния фосфат. Използвайки същото изчисление по-горе за 0,12 mg фосфат и добавяйки, че до общия обем вода от 100 галона, откриваме, че измитият фосфат би повишил концентрацията на фосфат „в резервоара“ с 0,12 mg/379 L = 0,0003 ppm. Това количество отмити не изглежда значително по отношение на целевото ниво „в резервоара“ от около 50-100 пъти това ниво (да речем, 0,015 до 0,03 ppm), нито изглежда значително по отношение на общото количество фосфат, действително добавено всеки ден в храните (което е може би 50-1000 пъти повече, въз основа на входящите норми от Таблица 4. Отново изводът, който правя, е, че изплакването всъщност не си струва, според мен.

Сравнение на хранителните източници на фосфат с други източници

Какво ще кажете за други източници на фосфат, като „мръсната“ RO/DI вода, съдържаща 0,05 ppm фосфат? Подобен анализ ще го покаже също толкова маловажен по отношение на храните.

Да приемем, че въпросният акварист добавя 1% от общия обем на резервоара всеки ден с RO/DI, за да замести изпарението. Простата математика показва, че 0,05 ppm в RO/DI става 0,0005 ppm, добавяни всеки ден към концентрацията на фосфат в аквариума. Тази стъпка на разреждане е критична, като се взема страшно число от 0,05 ppm до почти безсмислено добавяне от 0,0005 ppm дневно. Тъй като тези 0,0005 ppm са 40-600 пъти по-ниски от количеството, добавено всеки ден в храни (Таблица 4), не изглежда достойно за тревогата, която много акваристи поставят на такива измервания. Въпреки това, чешмяната вода може да има до 5 ppm фосфат и тази стойност може да се превърне в доминиращ източник на фосфат и би била доста проблематична. Пречистването на чешмяна вода е важно поради тази и много други причини.

Същият вид изчисление се прилага за анализ на други проблеми с фосфатите, като GAC в сценарий три. Въпросът за намирането на „висок“ фосфат в GAC, напоен с прясна вода, често се цитира като причина да се използва една или друга марка GAC и вероятно все още е. Но простият анализ, както е показано по-горе за изплакване на храни, поставя лъжата, че това е голям проблем.

Трябва да се помисли колко GAC наистина ще използва в аквариума и колко често се добавя, за да се интерпретира колко е важен добавеният фосфат. Типична препоръка може да бъде 1 чаша GAC на 100 галона аквариумна вода и да я смените след 4-6 седмици. Да приемем, че откриваме 0,5 ppm фосфат, когато чаена лъжичка се постави в чаша вода и се плашим от тъмносиния цвят по време на теста. Това разумно ли е? Тези 0,5 ppm от чаена лъжичка в чаша вода се превръщат в 0,015 ppm фосфат, когато чаша се използва в 100 галона.

Тези 0,015 ppm може да са значителни, като са типично целево ниво на концентрация за рифовите аквариуми и възлизат на около половината до двадесетата от количеството, добавено ежедневно в храни, но не забравяйте, че се използва в продължение на 4-6 седмици. През тези 4-6 седмици преди следващата подмяна храните добавят 50-700 пъти повече фосфат. Така че, макар да не е неразумно да се търси друга марка GAC, обвиняването на проблемите с фосфатите или водораслите в аквариума за тяхното използване би разтегнало доверието, защото това е много малка част от общия фосфат, който се добавя.

Заключение

Храните са най-важният източник на фосфат в повечето аквариуми. Въпреки че има големи вариации между храните, в този анализ не се вижда, че сухите храни са неприятностите, за които често се правят, спрямо замразените храни. Има по-добри и по-лоши избори (по отношение на фосфатите), които трябва да се направят във всеки тип храна. Избягването на храни с кости обаче може да си струва, ако целта е доставянето на по-малко фосфати. Освен това, скаридите от пресни хранителни стоки изглеждат една от най-добрите храни от тази гледна точка.

При обмислянето дали източниците на фосфат, различни от храни, са важни, трябва внимателно да се разгледат действителните количества, за да се определи дали други източници изобщо си струва да се опитат да се сведат до минимум. Може да е страшно да научите, че във вашата пречистена прясна вода има фосфат, или че вашата солна смес има откриваем фосфат, или че вашите добавки или каквото и да е съдържат малко фосфат. Но само защото откривате нещо и може би дори откривате концентрация далеч по-висока, отколкото във вашия аквариум, това по никакъв начин не означава, че тези източници са достатъчно значими, за да гарантират някакъв вид коригиращи действия. Нашите аналитични инструменти станаха доста чувствителни, което ни позволява да откриваме неща, които може да звучат като проблеми, но всъщност не са. Трябва да разберем различните свързани с разреждането проблеми, както и общия баланс на фосфатите в рифовия аквариум, за да оценим важността на различните измервания.

Просто използвайте малко математика и поставете всичко в перспектива, преди да използвате малко долари или време, за да преследвате тривиален „проблем“.