В 1989 году был описан и запатентован уникальный метод поддержания качества воды (Jaubert, 1989, 1991; Jaubert и Gattuso, 1989). Этот метод, главным образом, был создан для аквариумов, хотя он может быть применен и в других областях (Jaubert,1991). Патент принадлежит Жану Жоберу, а его метод впоследствии стал известен, как метод Жобера по содержанию рифов. Его патент содержал множество принципов, зачастую спорных, но некоторые из них достойны внимания. Прежде всего поддержание качества воды осуществляется биологическими методами. Аквариум рассматривался в как «реактор», а фильтром являлся кальциевый субстрат разделенный на слои сеткой и расположенный на некотором расстоянии от дна, поверх пустого пространства, которое позже стали называть пленумом. Идея состояла в том, что создавались кислородные градиенты там где происходили процессы нитрификации и денитрификации. Это приводило к понижению уровня питательных веществ в «реакторе». Считалось, что микробные популяции вместе с мелкими животными в грунте отвечали за различные биологические процессы. Вместе с тем, не было проведено никаких серьезных исследований по поводу реально происходящих процессов. Однако, система Жобера использовалась в Монако в течение длительного времени в целях поддержания качества воды. На ее основе создавалось качество среды пригодное для содержания разнообразных рифовых сообществ, включая мадрепоровые кораллы.

Один из вопросов, которые задают себе аквариумисты: «Как поддерживался баланс кальция и щелочности»? Жобер дает следующий ответ: кислоты, которые выделяют гетеротрофные организмы в слое коралловой крошки, растворяют ее. При этом выделяются кальций и углекислый газ, а растворяющийся субстрат необходимо периодически досыпать (Jaubert, 1989, 1991). Насколько мне известно, исследования по поводу темпов растворения не проводились. Примерно через пять лет после описания данного метода я начал содержать аквариум по методу Жобера. В то время лишь немногие занимались этим, так как аквариумы представляли собой стеклянные контейнеры с водой без устройств водоочистки или других видов фильтрации. Джулиан Спранг был также среди первых, кто воспользовался этим методом (Sprung, 2002). Как и во многих других случаях в аквариумистике, разразились споры по поводу метода Жобера: сработает он или нет. Большинство спорящих, как обычно, не испытывали метод на практике. Многие из нас, однако, наблюдали процесс измельчения песчаного пласта. Позже, однако, мы пришли к выводу, что это происходило скорее от уплотнения и оседания, а не от растворения. Даже если слой песка состоит из одинаковых по размеру песчинок, со временем они превращаются в карбонатный ил. Следовательно, происходит разложение песчаных частиц. Не понятно лишь одно: происходит ли это в связи с растворением или в связи с некими механическими процессами.

В течение нескольких лет я содержал дюжину аквариумов на системе Жобера используя пленум. В конце концов я пришел к выводу: пространство пленума не играет никакой роли. Позже, этот вывод подтвердили Toonen (2005a, 2005b) и Delbeek (2002). Однако, в 2006 году Delbeek несколько изменил свое мнение. Предположительно, лишенный кислорода пленум мешал образованию сероводорода в анаэробной зоне песка (Жобер, 1989, 1991) [непонятно каким образом! - прим. редактора]. Позже было доказано на практике и описано в литературе, что выделяющийся в анаэробных зонах сероводород быстро окисляется как только он достигает поверхности песка (примеры представлены у Hansen и др., 1918; Mitterer и др., 2001). Таким образом, токсичный газ сероводород вряд ли окажется в толще воды, за редким исключением, например: большие залежи органического вещества в грунте или большие копающие песок животные могут вызвать выход сереводорода из песка в воду, что может привести к гибели аквариумного населения. Единственное, в чем я отошел от метода Жобера: я начал использовать кальвассер для долива, так как пришел к выводу, что содержание кальция и уровень КН значительно снижается без его добавления. Для меня осталось загадкой, каким образом система Жобера могла поддерживать необходимое количество кальция и карбонатов необходимых для роста кораллов, если только не там не было обширного песчаного слоя в аквариуме или в других емкостях, соединенных в одну систему с дисплеем, и даже в этом последнем случае это было сомнительно.

Под воздействием работ Shimek (2001) и других, любителей аквариумов захватила идея создания DSB (Deep Sand Bed). Вскоре после этого на рынке появилась «чудо грязь» (Miracle Mud). Теперь этот способ известен как «экосистемный метод» (Ecosystem method). Я давал много комментариев на эту тему (Lowrie и Borneman 1998a, 1998b), но что меня по настоящему поразило – это график, представленный его создателем на конференции MACNA X в Лос-Анджелесе, который показывал линейное соотношение между «успехом» и применением «чудо грязи». Тем не менее, «естественная» фильтрация продолжала привлекать сторонников, особенно после появления мощных протеиновых скиммеров и моды на снижение питательных веществ в рифовых аквариумах (см., например, Paletta, 2000). Позже, и до сего дня, многие аквариумисты имели и имеют проблемы с повышенным уровнем нитратов и фосфатов в толще воды, и они часто объясняли это тем, что DSB становилось накопителем этих соединений, которые впоследствии выделялись обратно в воду. Этой точки зрения больше всего придерживались европейские аквариумисты. Они считали, что DSB, используемые в основном в Соединенных Штатах, приводят, в конечном счете, к пагубному эффекту.

Данная статья посвящена рассмотрению нескольких концепций и одного эксперимента. Концепции имеют отношение к тем статьям в научной литературе, где описываются экспериментальные данные по поводу процессов происходящих в грунте и как они согласуются или не согласуются с тем, что видят аквариумисты в своих аквариумах. Эти данные можно найти в обсуждении ниже, так как они имеют отношение к результатам моего эксперимента. Проведенный мной эксперимент имел целью определить, до какой степени растворение песка может обеспечить потребность кораллового рифа в кальции и щелочности, как первоначально предполагал Жобер почти 20 лет назад. Со всей очевидностью можно сказать, что в аквариумном хобби все движется не так быстро. Недавно Anthony Calfo предположил, что ему удалось поддерживать устойчивые коралловые системы используя растворение песка, за исключением перенаселенных аквариумов с быстрорастущими разновидностями кораллов Acropora. Он также предположил, что некоторые субстраты действуют лучше в качестве буфера, чем другие. Мой предыдущий опыт работы с рифовыми аквариумами и аквариумами в стиле Жобера в целом показал, что добавки кальция и щелочи необходимы для поддержания адекватного уровня этих компонентов. Скептическая натура взяла верх и я решил провести серию простых экспериментов для определения возможности поддержания уровня кальция и щелочи с помощью растворения песка. Следует отметить, что Жобер изменил свою точку зрения на концепцию растворения, которую он выдвинул в 1989 году. Однако, это было только умозрительное предположение и никогда не испытывалось на практике (см. Delbeek). После установки его аквариумов в Монако совместно с J.-P. Gattuso, он быстро пришел к выводу, что возрастающие потребности кораллов в кальции не могут быть удовлетворены его пленумными фильтрами, Поэтому он начал применять добавки (см. там же).

Чтобы определить биотический и антибиотический эффект содержания кальция и щелочности (в дальнейшем КН) в воде с карбонатным песком, в стаканы положили субстрат из гомегенизированной смеси толщиной в 2 дюйма, состоящей из скелетов кораллов, особого вида рифового песка (CaribSea, Inc.), оолитового песка (CaribSea, Inc.) и фрагментов ракушечника из 4-х летнего 10 галлонного аквариума, из которого все камни, рыбы и кораллы были удалены, остался только песок и организмы прикрепленные к стеклу и живущие в песке. Органический детрит из песка перемешивали с водой аквариума пока вода не стала равномерно мутной. В 20 250мл стаканов положили по 2 столовые ложки субстрата и долили до 200мл мутной аквариумной водой; таким образом в каждый стакан попало одинаковое количество мути так как Jaubert считал, что органический материал будет использоваться гетеротрофами в песке. Стаканы были накрыты перевернутыми чашками Петри, чтобы минимизировать испарение, но была и щель, для газообмена между атмосферой и толщей воды. Мы предположили, что не будет различий в измеряемых параметрах между контрольными и тестовыми стаканами

Мы поместили 10 закрытых стаканов в картонный ящик, заклеили его лентой и оставили в темном помещении. Цель состояла в том, чтобы определить насколько фотосинтез повлияет на растворение или выпадение осадка карбоната кальция. Остальные 10 закрытых стаканов мы расположили рядом с 10-галонным аквариумом. Свет падал равномерно на аквариум и стаканыс фотопериодом 10 часов в день. Значения PAR измерялись из расчета 125 microeinsteins/m2/s-1, как в аквариуме на уровне поверхности воды стаканов, так и на поверхности стаканов (LiCor, Inc.). Отклонения в поглощении через воду аквариума контролировались поворотом источника света с тем, чтобы интенсивность освещения приходилась больше на воду аквариума, чем на стаканы. Требовались лишь небольшие повороты лампы, так как чашки Петри на стаканах имели примерно такое же светопропускание, как и вода в аквариуме.

В начале эксперимента мы брали пробы воды из аквариума для определения содержания pH, кальция и щелочности с помощью калиброванного в двух точках электрода (Milwaukee Instruments) и колориметрического метода (Salifert, Inc.). Измерения повторялись раз неделю с целью определения изменений. Также мы проводили тест на t-критерий, чтобы выявить значимость различий в полученных данных между каждой группой и контрольным аквариумом. Для определения среднесуточной амплитуды изменений pH в связи с фотосинтезом, мы считывали данные, полученные в 5 из 10 стаканов через 90 минут после начала каждого фотопериода, в остальных 5 – за 90 минут до окончания фотопериода. В целях корректности измерений мы проводили эту же процедуру с пробирками в условиях темноты, хотя и не ожидали, в этом случае, воздействия фотосинтеза. Представленные результаты являются усредненными ± стандартные отклонения.

Как указывалось выше, были приготовлены пять стаканов с добавлением в каждый одной большой очищенной и обрезанной по краям корки кораллиновой водоросли Hydrolithon sp., весом точно 60,0 г (рисунок 1 внизу). Во всех пробирках они помещались напротив света. Чтобы избежатьперегрева, мы установили вентилятор, направленный на стаканы. Несмотря на наличие крышек, происходило определенное испарение жидкости и нам приходилось ежедневно доливать от 3 до 5 мл воды двойной дистилляции. Считывание данных PAR рядом с кусочками кораллины производилось с помощью квантового датчика (Apogee Instruments). При этом проба помещалась непосредственно перед кораллиной. Значения PAR представлены в таблице 1. По каждому стакану велись записи по pH, карбонатной щелочности и кальция в начале эксперимента и по прошествии семи дней, как указано выше. Та же процедура проводилась с водой аквариума. В цепочку измерений был включен и контрольный образец воды емкостью 200 мл, где находилась только профильтрованная через 0,45 микронный фильтр вода из аквариума. Все измерения проводились в одно и то же время дня с 7-дневным перерывом. Представленные результаты являются усредненными ± стандартные отклонения.

Рисунок 1. Пять пробирок с карбонатным песком и 60 г коралловых водорослей, Hydrolithon sp.

Эффект обызвествления при использовании СО3: кораллы, Psammacora sp.

Мы приготовили пять стаканов по принципу, указанному выше, с добавлением тех же корок кораллиновых водорослей. В эти пробирки мы добавили также небольшие, генетически идентичные, вегетативно размножающиеся фрагменты Psammacora sp. (Рисунок 2) Мы выбрали этот вид коралла из-за его быстрого роста, формы роста, которая обеспечивает относительно равноценную поверхность по отношению к коэффициенту объема, и его способности переносить экстремальные условия окружающей среды, которые и предполагались в стоячей воде стаканов. Все другие условия оставались теми же, как описано выше. По каждому стакану велись записи содержания pH, карбонатной щелочности и кальция в начале эксперимента и по прошествии семи дней, как указано выше. Та же процедура проводилась с водой аквариума. В цепочку измерений был включен и контрольный образец воды емкостью 200 мл, где находилось только фильтрованная вода из аквариума. Все измерения проводились в одно и то же время дня с 7-дневным перерывом. Представленные результаты являются усредненными ± стандартные отклонения.

Рисунок 2. Небольшой фрагмент Psammacora sp. в пробирке с песком и коралловыми водорослями.

Среднее снижение pH на 0,24 ± 0,05 и 0,29 ± 0,05 единиц произошло в темноте в начале и в конце фотопериода соответственно. Среднее повышение pH на 0,1 ± 0,07 и 0,14 ± 0,05 произошло при освещении в начале и в конце фотопериода соответственно. pH в конце фотопериода в небольшом объеме воды по сравнению с самим аквариумом был выше. Сравнивая с контрольными данными, мы наблюдали значительную разницу в pH во всех режимах (p<0.01). Такая же значительная разница обнаружена в начале фотопериода в условиях освещения (p<0.05), невзирая на несущественное повышение. pH сильно менялся на свету и в темноте (p<0.05). Этого нельзя сказать о различиях между началом и окончанием фотопериода.

Что касается содержания кальция, оно повысилось в контрольной таблице на 5ppt. В освещенных пробирках оно увеличилось от первоначального на 32 ± 5.7ppt и 27 ± 5.7ppt, в неосвещенных – на 35 ± 3.5ppt и 30 ± 53.5ppt. Во всех режимах наблюдалось значительное повышение содержания кальция по сравнению с контрольными данными (p<0.01). Однако, в этом смысле, не отмечено большой разницы между началом и окончанием эксперимента.

Что касается содержания карбонатной щелочности, она повысилась в контрольной таблице на 0.08meq/l. От начала и до окончания эксперимента содержание карбонатной щелочности в освещенных стаканах уменьшилась на 0.87 ± 0.05meq/l и 0.79 ± 0.05meq/l. Данные показывают снижение содержания карбонатной щелочности в неосвещенных стаканах между началом и окончанием эксперимента на 0.51 ± 0.06meq/l и 0.43 ± 0.06meq/l. Отмечено значительное снижение содержания карбонатной щелочности во всех стаканах по сравнению с контрольными данными (p<0.01). Однако, в этом смысле, не отмечено большой разницы между началом и окончанием эксперимента.

После завершения эксперимента песок был высушен в печи и взвешен. Невзирая на некоторое увеличение в объеме, сухой вес песка из всех пробирок оказался удивительно сходным. Среднее значение составило 42.20 ± 0.41g. Для неосвещенных пробирок - 42.19 ± 0.52g, для освещенных - 42.20 ± 0.32g. Это небольшое отличие определило использование объемных добавок в последующих экспериментах.

Таблица 3. Значения pH, кальция (ppt) и щелочности (meq/l) в пяти стаканах с добавлением 60,0 г Hydrolithon sp. (кораллиновые водоросли) при освещении в течение семи дней. Каждое измерение производилось в одно и то же время дня. Контрольные значения представляют данные, полученные в начале и по окончании эксперимента. Первоначальные измерения в стаканах те же, что и первоначальные контрольные измерения.

Добавление кораллиновых водорослей Hydrolithon sp. в пробирки, содержащие песок, повысило содержание pH на 0.22 ± 0.11 единиц. Содержание кальция в воде повысилось на 9 ± 8.22ppt, а щелочность снизилась на 0.99 ± 0.09meq/l. Изменения в содержании pH и кальция при сравнении тестовых и контрольной пробирок оказались значимыми (p<0.05), а щелочности – чрезвычайно значимыми (p<0.01). Не выявлено большой разницы между величинами PAR и любыми измеренными параметрами.

Таблица 4. Значения pH, кальция (ppt) и щелочности (meq/l) в пяти стаканах с добавлением 60,0 г Hydrolithon sp. (коралловые водоросли) и фрагментов Psammacora sp. при освещении на протяжение семи дней. Каждое измерение производилось в одно и то же время дня. Контрольные значения представляют данные, полученные в начале и по окончании эксперимента. Первоначальные измерения в пробирках те же, что и первоначальные контрольные измерения.

Добавка фрагментов коралла Psammacora sp. в стаканы, содержащие песок и 60 г кораллиновых водорослей, повысило pH на 0.01 ± 0.07 единиц. Содержание кальция в воде уменьшилось на 119 ± 5.48ppt, а щелочность – на 1.24 ± 0.14meq/l. Изменения в содержании кальция и карбонатной щелочи при сравнении тестовых и контрольной пробирок были чрезвычайно значимым (p<0.01). Изменения pH – не существенными. Не выявлено большой разницы между величинами PAR и любыми измеренными параметрами.

Результаты простых экспериментов, представленные выше, показывают, что добавка биологически активного («живого») песка или песка с добавлением микробных элементов, водорослей и мейофауны несколько повышает pH в воде при наличии освещения, но снижает его в темноте. Уровень кальция повышался как на свету, так и в темноте примерно на 30ppt. Однако, содержание карбонатной щелочности значительно падало на свету. Уровень pH в исходной морской воде был выше, чем по окончании эксперимента. Вероятно, это связано с добавлением kalkwasser в целях восполнения уровня испарившейся жидкости в аквариуме. Это могло оказать воздействие как на относительную динамику карбонатной щелочи, в сравнении с морской водой с более низким содержанием pH, так и на значимость результатов.

При добавлении кальцифицирующих водорослей, которые используют углекислоту в качестве источника кальцификации, уровень pH повысился по сравнению со стаканами, где был только песок. Через неделю после начала эксперимента содержание кальция было все еще слегка повышенным, но наличие кораллиновых водорослей снизило его в среднем от 33ppt до 9ppt. Уровень щелочности снизился несколько больше, чем при наличии только песка (от 0.87meq/l до 0.99meq/l). Выявлено, что кальцификация в коралловых водорослях тесно связана с фотосинтезом, а декальцификация (растворение) у многих видов кораллов часто происходит в темноте, вне зависимости от чистой продуктивности (Chisholm, 2000). Это может объяснять низкие чистые потери кальция и щелочи в пробирках в течение эксперимента.

При добавлении кораллов, которые прежде всего используют карбонат для кальцификации, уровень pH оставался почти идентичным контрольному и повысился только на 0,01 единицы. Содержание кальция, однако, снизилось значительно: в среднем на 119ppt. Карбонатная щелочность снизилась в среднем на 1.24meq/l, что оказалось больше, чем при наличии только песка или песка и водорослей. Мы подвергли проверке теорию об увеличении веса фрагментов в зависимости от снижения щелочности, но результаты оказались незначительными. Связь между размером фрагмента и уровнем кальция или pH не установлена. У нас не было намерения подбирать фрагменты разного размера. Мы пытались сделать их, по возможности, равновеликими. Вероятно, последующие эксперименты с использованием разнообразных по размеру кусочков помогут определить наличие положительной корреляции между размером или весом и снижением уровня кальция и щелочности. Кораллы с зооксантеллами выступают в роли основных продуцентов в дневное время (как растения) и консументов ночью (как животные). В стаканах с кораллом, кораллиновыми водорослями и песчаной флорой и фауной pH вел себя как микрокосм рифового аквариума.

При всех режимах эксперимента pH в стаканах повышался на свету, что ожидаемо, так как фотосинтез осуществлялся небольшими водорослями в песке, кораллиновыми водорослями и кораллами с симбиотическими зооксантеллами. Очевидно, что некоторое количество кальция попадает в воду при наличии карбонатно-кальциевого песка. С другой стороны, кораллиновые водоросли снизили это количество почти на две трети в течение недели, а добавление мелких коралловых фрагментов привело, в этот же период, к значительному снижению. Измерены и взвешены фрагменты небольшой колонии Psammacora (7x6cм и 68 г). У этого вида вырастают относительно толстые ветви, а соотношение поверхности его колоний к объему приблизительно эквивалентно фрагментам, использованным в эксперименте. Если экстраполировать эти данные на стандартный аквариум объемом 10 галлонов с толщиной песка в один дюйм, то две небольшие колонии Psammacora при освещенности примерно 250µE/m2/s снизят уровень кальция более чем на 100ppt. Таким же образом, еще значительнее снизилась щелочность при наличии коралловых фрагментов, чем в присутствии только песка и песка с водорослями. Потери щелочности составили почти 1/3.

Очевидно, таким образом, что растворение карбонатно-кальциевого песка не в состоянии обеспечить адекватное содержание кальция или карбонатной щелочи в аквариумах, где находится даже небольшое количество кораллов и коралловых водорослей. Таким образом, предположение Жобера (1989) о том, что такие процессы могут обеспечивать жизнедеятельность рифовых аквариумов, содержащих большое количество кораллов scleractinian, должно вызывать сомнение. В полученных результатах нет ничего удивительного. Они подтверждаются в литературе, а также практическим опытом большинства аквариумистов. Следует также отметить, что песок или, скорее, компоненты флоры и фауны наряду с карбонатным песком (при наличии освещения), оказывают значительное воздействие на уровень pH, кальция и карбонатной щелочи в аквариумах с небольшим объемом воды. Указанное воздействие вступает в противоречие с некоторыми суждениями в статьях, перечисленных ниже. Разница в суждениях относиться, скорее, к разнице между контролируемыми условиями и более функциональными естественными аквариумными условиями.

Жобер и многие аквариумисты считают, что карбонатный песок частично растворяется из-за кислот или СО2, выделяемых донными организмами. Однако, pH в карбонатном песке не низкий. И хотя существует множество статей, где приведены данные об измерениях и исследованиях динамики изменений карбоната в песке, я сосредоточу внимание на наиболее уместной в данном случае статье: Ben-Yaakov, 1973. Несмотря на повышенный до 30 раз уровень СО2 в морской воде в песке, а также на наличие восстановительные процессов которые приводят к образованию ионов H+, pH морских карбонатных отложений остается достаточно постоянным, в пределах pH 7.0- 8.2. Увеличение СО2 в морской воде значительно снижает pH, однако в песке этого не происходит. Почему? В бедных кислородом осадках pH забуферен восстановлением сульфата и по идее должен быть на уровне pH 6.9. Но образование сульфида приводит к pH 7.9. Полное удаление сульфида приводит к повышению pH воды в воде в песке до pH 8.3. К аналогичным результатам приводят и реакции связанные с силикатами. Данные по восстановительной среде в песке показывают, что большинство ионов достаточно стабильны, за исключением уменьшения количества кальция и стронция в воде песка. Насыщенность кальцитом воды в песке составляет 20 -30х от его содержания в морской воде, в результате чего кальций выпадает в осадок в песке в виде карбоната кальция. Подытоживая статью, автор утверждает, что уровень pH в бедных кислородом песках (которые по мысли Жобера отвечают за растворение карбоната и что, в целом, является аксиомой для любительских аквариумов) обеспечивается слабыми кислотами и побочными продуктами разложения органики. Нижний предел определяется осаждением сульфида, а верхний предел – осаждением карбоната кальция. Средний уровень pH в безкислородных песках составляет от 7,0 до 8,0. Наличие органических кислот оказывает слабое влияние на pH в воде, в пространствах между песчинками (даже в безкислородных песках).

Теме поведения питательных веществ в донных отложениях посвящено много статей. В них нашли отражение разложение, окисление, восстановление, реминерализация и многие другие аспекты. Я сосредоточу внимание на работах, которые обобщают практический опыт динамики изменений питательных веществ в карбонатных отложениях кораллового рифа. Я надеюсь, что меня лучше поймут те, кто считает донный песок накопителем (или источником) питательных веществ. В частности, забавно, как многие аквариумисты утверждают, что донный песок – это «накопитель питательных веществ», который становится их «источником» в аквариуме, используя термины, противоположные друг другу. Entsch и др. (1983) изучали поведение фосфора и азота в отложениях коралловых рифов вокруг рифа Дэвиса – части Большого Барьерного Рифа, а Suzumura и др. (2002) исследовали цикл фосфора в рифовых отложениях острова Ishigaki, Япония. Эти и другие исследования, перечисленные ниже, можно обобщить следующим образом.

Обе команды исследователей обнаружили, что поверхностный слой воды был совершенно лишен питательных веществ, а в песке содержался неорганический фосфор (300 ppm по данным Entsch и др., 1983). В более ранних работах предполагалось, что карбонатные субстраты связывали или абсорбировали фосфаты. Анализ отложений показал наличие остатков халимеды, кораллов, моллюсков, кораллиновых водорослей, фораминифер и других карбонатных остатков, подобных тем, что имеются во многих аквариумах. Они (как и другие исследователи) не выявили изменений в содержании фосфата в воде, находящейся в контакте с субстратами рифа. Entsch и др. (1983) исследовали соотношение азота и фосфора (N:P) в фитопланктоне и бентосных макроводорослях. Они обнаружили, что водоросли содержат больше азота и, в некоторых случаях, фосфора, чем фитопланктон, чей состав был похож на то, что имеется в воде. Большинство фосфора находилось в неорганической форме (>80%), это означает, что он накапливался в осадке длительное время. На других рифах отмечались те же результаты. Данные Suzumura и др.(2002) оказались схожими. Вывод состоял в том, что отложения действительно выступали в роли накопителя фосфатов.

Зададимся вопросом о распаде фосфора и об отложениях, которые действуют в роли «источника», или, как часто утверждают аквариумисты, «выщелачивают» фосфаты в воду. Исследователи предположили, что обширный пул питательных веществ, включая азот и фосфор, должен быть большим в сравнении с общей биомассой, хотя растения и животные могут иметь концентрацию от 10 до 100 раз выше. Расщепление фосфатов в осадках – сложный процесс. Они отметили явное разделение на верхний оксигенный и не оксигенный (редукционный или восстановительный) слои в отложениях в 5 см от поверхности раздела субстрата и воды. Это расстояние может варьироваться и достигать лишь нескольких миллиметров в органически обогащенных отложениях. Считалось, что в отложениях глубиной менее 10 см (это относится к большинству аквариумов) растворение фосфора зависело, в основном, от наличия фосфата кальция и pH, а также от азота в виде аммиака (что и было обнаружено). Концентрация фосфата в воде неглубоких пор отложений оказалась в 30 – 50 раз выше, чем в слое воды, и доступной для водорослей в отложениях. Entsch и др. (1983) исследовали десорбцию фосфата из отложений и обнаружили, что только 1 – 3% материала подверглась растворению, хотя Suzumura и др. (2002). Движение воды сквозь отложения и последующее вымывание организмов, связывающих фосфор, может увеличить (пусть даже опосредованно) содержание фосфора в слое воды. Однако, это увеличение не является, в большинстве случаев, значимым в верхних слоях воды. Приток содержания питательных веществ в песке происходит от аккумулирования мелких твердых частиц (детрит) и его накопление в рифе. При этом, абсорбция и десорбция происходят относительно быстро, что приводит к незначительным потерям фосфата и он возобновляется в период фотосинтеза. Затем,  бентосные водоросли используются в пищу животными. Увеличение концентрации твердых частиц, которые могли бы накапливаться в осадке, скорее всего сдерживается их потреблением такими бентосными видами, как кораллы и другие беспозвоночные. Более того, выходу азота в верхний уровень отложения содействует его поглощение бентосными видами, что не дает ему покидать бескислородные зоны. Традиционно считалось, что путь нитрификации-денитрификации включает производство как аммиака, так и нитрата, любой из которых может выйти из отложений в слой воды. Однако, Thamdrup и Dalsgaard (2002) показали, что при едином редуцировании аммиака и окисленного нитрата, аммиак может в большей степени поглощаться в бескислородной зоне отложения, что снизит его выброс в придонную воду.

Описание этого процесса в приложении к аквариумам будет представлено в следующей статье, где исследуется материал, удаленный протеиновыми скиммерами.

На основании проведенных простых экспериментов с использованием песка, песка и кальцифицирующих водорослей, а также фрагментов кораллов, вполне очевидно, что растворение карбонатных осадков не достаточно для поддержания уровня кальция и карбонатной жесткости в аквариумах, содержащих даже небольшое количество кальцифицирующих организмов. Полученные мною результаты согласуются с предыдущими работами (Shimek, 2001, Toonen, 2005a, 2005b), а также с имеющейся и перечисленной здесь научной литературой. Мои выводы вступают в противоречие с выводами Жобера, но сопоставимы с опытом большинства аквариумистов, включая мой собственный, когда ежедневно приходилось добавлять кальций и щелочь для поддержания их уровня в морской воде с целью достижения нормальных темпов кальцификации. Исследования, включая перечисленные в данной статье, объясняют, почему не происходит значительное растворение карбонатов. Причина в том, что вода между песчинками имеет недостаточную кислотность для растворения песка. Такую же динамику показывают исследования в отношении азота и фосфора в карбонатных осадках. Полученные результаты соотносятся с опытом рифовых аквариумистов, включая меня. Мы утверждаем, что при нормальных условиях донный песок не становится источником питательных веществ для воды аквариума. Вероятное и самое простое объяснение для тех, кто не считает слой песка долгосрочным накопителем азота и фосфора, состоит в возможном отсутствии биологического посредника в виде микроводорослей, макроводорослей и травянистой растительности в отложениях. В ближайшем будущем я намерен провести опыт с так называемой «буферной способностью» различных субстратов, предлагаемых на рынке морских аквариумов, которые обычно используют аквариумисты. Цель – определить разницу в растворении при одинаковых условиях, а также растворить субстрат известного веса и объема с помощью кислоты для оценки растворимости и пористости.

Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.

Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru