 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фосфаты и расчеты: необходимо понимание
30.07.2012
Автор: Рэнди Холмс-Фарли, Ph.D.
Для большинства аквариумов корма являются едва ли не самым важным источником фосфора в аквариуме. В попытке определить, существенна ли роль, которую играют другие источники фосфора, необходимо тщательно рассмотреть вносимые количества, чтобы понять, имеет ли смысл пытаться минимизировать эти источники.
Ион фосфата играет важную роль в рифовом аквариуме. По сути, после кальция и KH, это, наверное, та область химии, на которой аквариумисты наиболее часто концентрируют свое внимание. Эта озабоченность оправдана, потому что потенциально фосфаты могут приводить к проблемам с водорослями, обесцвечиванию кораллов и других беспозвоночных, и росту большинства фотосинтетических организмов. По этим причинам любой рифовый аквариум должен иметь план по экспорту фосфата – одним, или несколькими способами, и выбор этих способов велик. Мной и другими авторами неоднократно обсуждались вопросы, касающиеся допустимого уровня фосфатов, а также множество методов, которые могут быть использованы для его экспорта. Поэтому я не буду затрагивать эти вопросы в данной статье.
Вместо этого я хочу сфокусировать свое внимание на многочисленных источниках фосфата в рифовом аквариуме, и том, насколько важную роль играет каждый из них в действующем аквариуме. Среди аквариумистов сложилось множество ошибочных толкований по некоторым вопросам, и за последние два года подобное ошибочное понимание стало еще более распространенным, в результате чего аквариумисты иногда принимают ошибочные меры.
Частично этот недавний всплеск ошибочных толкований я приписываю появлению измерителей фосфата компании Hanna. Не вдаваясь в обсуждение вопросов, касающихся точности измерения этих приборов или преимуществ их использования, я думаю, что многие аквариумисты попали в соблазн совершения неподходящих действий после того, как обнаружили фосфаты в составе различных добавок, о чем они не знали ранее. Перефразируя цитату из фильма «Поле его мечты»[i], можно сказать: "Сделай его, и в нем найдут фосфаты". Для того, чтобы верно интерпретировать полученные значения, аквариумистам необходимо понимать процессы общего баланса фосфата в рифовом аквариуме. Эта статья ставит целью улучшить понимание вопросов, связанных с фосфатами, что позволит рассматривать их с должной перспективы.
Для начала, посмотрим, будете ли Вы обеспокоены каждым из описанных ниже вариантов:
Опыт показывает, что 95% или более рифовых аквариумистов согласятся, что первые 3 случая представляют серьезную проблему, которую необходимо решить, и по крайней мере половина задавались тем же вопросом, который описан в ситуации под номером 4. В действительности, первые три ситуации вовсе не являются серьезными, и аквариумистам следует понять, почему. А ситуация номер 4 подытоживает основной вопрос, который должен понимать любой рифовый аквариумист: корм является основным источником фосфата почти в любом аквариуме, вне зависимости от выбора кормов, их промывания, и т.д. В большинстве аквариумов этот источник от 10 до 100 или более раз доминирует над всеми остальными, даже если ситуации 1-3 также имеют место!
Кормовые источники фосфата Для понимания значения источников фосфата в аквариуме рассмотрим сначала корма. Несмотря на распространенное мнение, невозможно сделать питательный корм для рыб, не содержащий фосфаты. Фосфор содержится во многих биомолекулах, являющихся основой жизни, и любые ткани естественного происхождения, входящие в состав корма для рыб, будут содержать существенное количество фосфора. Фосфолипиды составляют существенную часть клеточной мембраны. Генетический код любого организма записан в ДНК, и молекула ДНК содержит фосфатные мостики между каждой парой оснований (Рис. 1 показывает, как много фосфатных групп содержится в ДНК). Все клетки получают энергию путем конверсии АТФ в АДФ, и эти молекулы содержат по 3 и 2 фосфатные группы, соответственно (Рис 2).
Рис 1. Структура ДНК, изображенная Мадлен Прайс Болл для Википедии. Атомы фосфора показаны желтым цветом.  Рис 2. Структура АТФ, на которой видны три фосфатные группы слева.
Наиболее важное заключение касается соответствия между питательными качествами корма и фосфатами: белки содержат фосфат. Многие начинающие химики понимают, что протеины состоят из аминокислот, и ни одна из стандартных аминокислот не содержит фосфата – в таком случае, откуда берется фосфат? Оказывается, организмы присоединяют фосфат к гидроксильной группе аминокислот треонин и тирозин в составе протеинов для включения и выключения многих функций протеинов.
Соответственно, белки часто содержат большое количество фосфата, и очень сложно сделать полноценную, с точки зрения питания, пищу, не содержащую существенной доли фосфатов. Соответствие между фосфатами и протеином настолько тесное, что люди, страдающие от избытка фосфатов (обычно это люди, страдающие от болезней почек, особенно те, кто состоит на диализе) не могут получать достаточное количество протеина, не получив при этом избытка фосфатов. Эти больные вынуждены принимать в виде таблеток вещества, связывающие фосфаты, чтобы связать поступающие с пищей фосфаты, прежде чем они будут поглощены в тонком кишечнике – поскольку диета по ограничению фосфатов недостаточно эффективна.
Количественное определение фосфатов в корме Сколько фосфата содержится в корме? Много, в зависимости от вида корма. Некоторые аквариумные корма имеют надпись на этикетке, гласящую, что они содержат минимальное количество фосфора (фосфор – это атом P, находящийся в центре фосфат-иона PO4---). При анализе кормов часто приводится содержание фосфора, а не фосфата в качестве единицы измерения. Подобно метрам и сантиметрам, это просто различные единицы измерения, и содержание фосфора необходимо умножить на 3.1, чтобы получить эквивалентное содержание фосфата.
Можно получить данные о содержании фосфатов для пищи, предназначенной для употребления человеком (как например, креветки или моллюски). К сожалению, многие производители аквариумных кормов не сообщают содержание фосфора в составе продукта. При этом корм является сложной смесью из разнообразных компонентов, и мы не рассчитать содержание фосфора в нем. Причина, возможно, в том, что многие производители боятся напугать аквариумистов высоким содержанием фосфора. По счастью, несколько лет назад Рон Шимек произвел анализ разнообразных кормов, и этими данными также можно воспользоваться для того, чтобы понять, как много фосфата содержится в различных коммерчески выпускаемых аквариумных кормах.
В таблицах 1-3 приведены данные по содержанию фосфора и протеинов в различных аквариумных кормах: в Таблице 1 - по сухим кормам, в Таблице 2 - по замороженным, и в Таблице 3 – по кормам из продуктового магазина, которые иногда используются в аквариуме.
Приведенные значения по содержанию фосфора позволяют нам оценить, сколько фосфора вносится в аквариум при использовании определенного корма, и мы воспользуемся этими данными многократно в этой статье. Следует учесть, что некоторые корма содержат существенно больше воды или наполнителей, в результате чего процент содержания фосфора в них ниже – при том, что они не являются лучшим выбором с точки зрения содержания фосфора. Для достижения одинаковой с вносимым сухим кормом питательности придется внести больше содержащего много воды корма, что компенсирует более низкое содержание фосфора в нем.
Наиболее удобный способ сравнения двух кормов друг с другом – воспользоваться отношением между содержанием фосфора и протеинов (колонка Фосфор/Протеин в таблицах 1-3). Это позволит нам оценить относительное содержание фосфора, независимо от содержания воды или наполнителей. Очевидно, у этого метода есть свои недостатки, поскольку пищевая ценность корма является намного более сложным фактором, чем просто содержание белка. Тем не менее, этот метод позволит понять, которые из похожих видов кормов содержат больше или меньше фосфора. На основании анализа этих данных можно сделать несколько очевидных заключений:
Влияние кормов на баланс фосфата в аквариуме Теперь мы подошли к сути вопроса: каково действительное содержание фосфора в кормах, и что это означает? Для понимания влияния кормов нам следует разобраться, что происходит после их добавления в аквариум. Некоторые аквариумисты считают, что корм, который был съеден, не влияет на содержание свободного фосфата в воде. Многие аквариумисты повторяют, как мантру, фразу: «кормите столько, сколько будет полностью съедено». Они придерживаются этой идеи, считая, что это минимизирует выход фосфатов в воду. Но это совершенно неверное суждение.
Как было показано выше, рыба, или другой организм, который потребляет корм, получает существенную дозу фосфата. Но что же происходит с ним? Если организм не увеличивается в размерах (как в случае, например, взрослого Сине-зеленого хромиса, или человека), поступающий с пищей фосфат почти полностью выделяется обратно в воду. Единственное исключение из этого процесса – небольшое количество фосфора, идущего в состав икринок или сперматозоидов, но поскольку в большинстве аквариумов эти субстанции быстро поглощаются другими организмами, фосфор, рано или поздно, попадет в воду.
Растущие организмы усваивают небольшое количество поступающего с пищей фосфора, сохраняя его в тканях, но ударение здесь следует сделать на слове «небольшое». Исследования, проведенные на рыборазводной ферме по выращиванию быстрорастущей радужной форели в океане показало, что 78-82% скармливаемого рыбе фосфора терялось в окружающую среду. Другое исследование в аквакультуре, с использованием обычных кормов для рыб, показало, что 62% поступавшего с кормом фосфата выделялось в окружающую среду. Из этого количества 35% поступало в виде растворимого фосфата, в напрямую доступной водорослям форме, а 27% в виде фосфора в составе фекалий (которые, если не будут удалены, подвергнутся разложению в аквариуме, вновь освобождая фосфат). Еще одно исследование показало, что 81.5% фосфата в коммерчески выпускаемых кормах выделяется в окружающую среду. Было показано, что с использованием специализированных кормов с низким содержанием фосфата и рыбной муки, эту цифру можно сократить до 64% потерь. Четвертое исследование по выращиванию рыбы при скармливании ей несколько меньшего количества фосфата, чем необходимо (для оптимизации теоретического потребления) показало, что степень усвоения различна, в зависимости от источников фосфора. При использовании корма на основе очищенного протеина усваивалось 72% фосфора, при добавлении муки из рыбных костей - 51% фосфора, а более высокие уровни были получены при использовании неорганических добавок фосфора (таких, как фосфат натрия).
Исследования такого рода играют важную роль в аквакультуре, позволяя оценить вред, наносимый окружающей среде в виде выделений фосфора и азота. Тем не менее, насколько я знаю, подобные исследования никогда не проводились в рифовом аквариуме. В течение многих лет также проводились схожие исследования по балансу фосфора в человеческом организме. Очевидно, что у взрослых почти весь поступающий фосфор выделяется, в основном через мочу, и частично с фекалиями. Даже у маленьких растущих детей усваивается только 5-20% поступающего с пищей фосфора, а 80-95% выводится с мочой и фекалиями. Хотя подобные исследования далеки от рифового аквариума, они подтверждают идею о том, что даже активно растущие организмы потребляют намного больше фосфора, чем могут усвоить.
Соответственно, аквариумисты должны ожидать, что большое количество фосфора, добавляемого в рифовый аквариум с кормом, окажется в конце концов в воде, в форме фосфата. Будь это 95% всего вносимого фосфора, или 35% - не суть важно, но мы можем заключить, что с кормом вносится очень большое количество фосфатов.
Количественная оценка влияния кормов на содержание фосфата в аквариуме Основываясь на предположении о том, что большинство фосфора в корме рано или поздно превращается в фосфат в аквариуме, мы можем попытаться грубо оценить это влияние. Даже если в воду попадает половина или четверть наличествующего в корме фосфора, будет полезно оценить диапазон влияния, чтобы судить о важности этого источника фосфатов. Очевидно, что вычисленное значение зависит от того, в каком количестве, и что именно скармливается, а также от размеров аквариума.
В Таблице 4 показаны разнообразные схемы кормления, которые можно применить в гипотетическом аквариуме, содержащем 100 галлонов (379 литров) воды. Аквариумисты могут самостоятельно прикинуть, насколько эти схемы соответствуют их собственному режиму кормления.
Конечно, все зависит от того, сколько корма вносится. Многих людей удивляет, насколько велико количество вносимых с кормом фосфатов по сравнению с желаемым уровнем фосфатов в аквариуме (около 0.03 ppm или меньше). Даже при однократном легком кормлении рассматриваемого аквариума одним кубиком замороженного корма с низким содержанием фосфатов вносится практически равное принятому допустимому уровню количество фосфата. При усиленном кормлении за день вносится в десять раз большее количество фосфата. Одним словом, именно ежедневное внесение фосфата с кормом является причиной того, что зачастую нам бывает трудно контролировать его уровень в рифовом аквариуме.
Промывка корма и ее влияние на фосфаты Теперь, после того, как мы имеем представление о содержании фосфата в корме, мы можем критически проанализировать отношение многих аквариумистов к корму, и в частности, к необходимости промывки мороженых кормов перед использованием. Для проверки необходимости этого действия часто делается следующий эксперимент: берется кубик замороженного корма, оттаивается, и заливается половиной стакана воды. Затем эта вода тестируется на содержание фосфатов, и обнаруживается, что он «зашкаливает». Предположим, это означает, что в стакане было обнаружено 1 ppm фосфата, что, для большинства аквариумных тестов на фосфат, приведет к окрашиванию образца в темно-синий цвет. Обратите внимание - это вопрос восприятия, а не действительно измеренное значение, но это типичный случай – большинство людей подумают, что фосфаты зашкаливают.
Это действительно высокий уровень фосфатов? Пытаясь ответить на этот вопрос, рассмотрим его с двух сторон.
Во первых, измеренная цифра соответствует лишь небольшой доле фосфата, содержащегося в этом кубике корма. В половине стакана воды, при уровне фосфата 1 ppm (1 мг/л), содержится 0.12 мг фосфата. Тогда как в кубике корма Formula 2 содержится примерно 11.2 мг фосфата. То есть, гипотетически, промывкой мы убираем примерно 1 процент фосфата, имеющегося в этом корме. Мне кажется, это действие не имеет особого смысла, но каждый волен решать сам, как поступать в подобных случаях.
Второй подход состоит в том, чтобы посмотреть, насколько эта промывка изменит всплеск фосфатов в аквариуме в результате внесения корма. Используя расчетное содержание фосфата в стакане с промытой водой (0.12 мг) пересчитаем его на объем аквариума в 100 галлонов (379 литров). Мы обнаружим, что фосфор, который был удален промывкой, поднял бы концентрацию фосфата в аквариуме на 0.12 мг/379 л = 0.0003 мг/л (ppm). Это количество фосфата, которое было удалено в результате промывки, в 50-100 раз ниже, чем желаемый уровень фосфата в аквариуме (скажем, между 0.015 и 0.03 ppm). Более того, это количество несравнимо (примерно 50-1000 раз) меньше количества фосфора, вносимого ежедневно с каждым кормлением - в соответствии с режимами кормления, описанными в Таблице 4. Опять же, отсюда я делаю заключение, что промывка замороженного корма лишена какого-либо смысла.
Сравнение поступления фосфата из пищевых источников и прочих источников Как на счет других источников фосфора, таких как "грязная" вода из установки обратного осмоса/ионообменной колонки, содержащая 0.05 ppm фосфата? Анализ, похожий на предыдущий показывает, что вносимое количество фосфора настолько же незначительно по сравнению с уровнем фосфата, который вносится с кормом.
Предположим, аквариумист ежедневно доливает около 1% от объема аквариума осмотической водой, чтобы компенсировать испарение. Простые расчеты показывают, что содержание 0.05 ppm фосфата в осмосной воде приведет к повышению концентрации фосфата в аквариуме на 0.0005 ppm ежедневно. Этот момент разбавления играет решающую роль, переводя пугающие нас высокие значения (0.05 ppm) в совершенно незначительное повышение концентрации – 0.0005 ppm ежедневно. Поскольку эти 0.0005 ppm в 40-600 раз меньше по сравнению с ежедневно вносимыми с кормом фосфатами (Таблица 4), беспокойство многих аквариумистов, вызванное обнаружением такого уровня фосфатов в осмосной воде, мне кажется совершенно необоснованным. Надо отметить, что водопроводная вода может содержать до 5 ppm фосфата - такое высокое содержание может стать доминирующим источником фосфатов, если она будет использоваться для долива без очистки, и может привести к проблемам в аквариуме. По этой, и по многим другим причинам, очистка водопроводной воды является весьма важным фактором.
Похожие расчеты применимы к анализу других источников фосфора, как например, активированный уголь в описанной выше ситуации номер 3. Проблема «высокого» уровня фосфатов в активированном угле, после заливки водой, часто поднималась в качестве причины для предпочтения одной марки угля другой, и этот вопрос все еще поднимается. Тем не менее, простые расчеты, на примере промывки корма, показали, что это не может быть серьезной проблемой.
Необходимо принять в расчет, сколько активированного угля будет использовано в аквариуме, и как часто он будет добавляться, чтобы оценить, насколько существенно он может повлиять на уровень фосфатов. Типичная рекомендация по применению сорбентов составляет 1 чашку гранулированного активированного угля на 100 галлонов аквариумной воды, с заменой через 4-6 недель. Предположим, что в чашке воды, в которую была добавлена чайная ложка угля, нами было обнаружено 0.5 ppm фосфата, и нас напугал темно-синий цвет пробы при тестировании. Посмотрим, насколько обоснованы наши страхи. 0.5 ppm в стакане воды, в результате применения 1 чайной ложки угля, означает, что использование чашки угля на 100 галлонов воды приведет к повышению уровня фосфата на 0.015 ppm.
Это существенное значение - по сути, это желаемый уровень содержания фосфата в рифовом аквариуме. Но это число составляет от половины до двадцатой части ежедневно вносимого с кормом фосфата, при том, что это количество вносится с углем раз в 4-6 недель. За период, когда надо будет заменить уголь, с кормом будет внесено в 50-700 раз больше фосфата. Поэтому, хотя поиск другой марки активированного угля в данном случае не является неразумной мерой, будет неверно считать этот уголь повинным в возникновении проблем с водорослями, потому что внесенный с ним фосфат представляет малую часть от общего количества фосфатов, внесенных в аквариум за тот же период.
Заключение Несомненно, корма являются наиболее существенным источником фосфата в большинстве аквариумов. Несмотря на существенную разницу в содержании фосфора в различных кормах, наш анализ показал, что сухие корма не настолько плохи по сравнению с замороженными кормами, как их часто пытаются представить. Для каждого типа корма есть лучшие или худшие варианты (по части фосфатов). Если перед вами стоит задача минимизировать поступление фосфата, имеет смысл избегать кормов, содержащих рыбные кости. Кроме того, свежие креветки из продуктового магазина являются одним из лучших кормов с точки зрения фосфатов.
При рассмотрении других источников фосфатов, помимо корма, необходимо обращать внимание на действительное количество вносимого в систему фосфора, чтобы понять, имеет ли смысл пытаться минимизировать фосфат, поступающий через эти источники. Тот факт, что очищенная вода из осмотической установки содержит фосфат, или что в используемой морской соли определяется фосфат, или что вносимые добавки или что-то другое содержит фосфат, может звучать пугающе. Но только потому, что вы обнаружили его, и даже обнаружили в концентрации намного большей, чем в аквариуме, ни в коей мере не означает, что эти источники могут вносить значимые количества фосфора и могут потребовать каких-то коррективных действий с вашей стороны. Нам стали доступны довольно чувствительные средства анализа, позволяя обнаруживать вещи, которые могут показаться проблемными - которые на самом деле таковыми не являются. Необходимо понимать влияние разбавления, а также общие вопросы баланса фосфатов в рифовом аквариуме, чтобы правильно оценить важность проводимых измерений.
Делайте расчеты, и рассматривайте картину с более широкой точки зрения, прежде чем начнете тратить свои деньги и время, пытаясь бороться с «очевидной проблемой».
Удачи! [i] Поле его мечты (Field of Dreams), 1989, фильм режиссера Фила Олдена Робинсона. Рэй Кинселла — фермер из Айовы. Однажды из зарослей кукурузы на своём поле он слышит: «Построй его, и он придёт!» Рэй решает, что он должен построить на месте кукурузы бейсбольное поле.
Первоисточник: www.advancedaquarist.com
Переведено специально для ReefCentral.ru
Если вы увидели этот материал на другом сайте - значит, он был украден.
Просим сообщать о замеченных фактах на info@reefcentral.ru
Количество показов статьи: 18152
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
