Fosfor w akwarium

FOSFOR

Tym razem kilka słów na temat fosforu - skąd się bierze, czy jest do czegoś potrzebny, w jakiej postaci występuje i dlaczego jest winowajcą połowy klęsk akwarysty, bo na coś trzeba winę zepchnąć.

Skąd wziął się fosfor? Teoretycznie był zawsze, ale jak to najczęściej bywa, ktoś musiał ogłosić jego istnienie jako pierwszy. I znów ocieramy się o temat sikania, jak w przypadku azotu i dojrzewania akwarium, ponieważ fosfor został odkryty przez odparowanie moczu. Sztuki tej dokonał Henning Brandt w 1669 roku i tylko on może wiedzieć, w jakim celu podgrzewał mocz w środowisku beztlenowym. Może lubił. A może dlatego, że otrzymana w ten sposób substancja ładnie świeciła. Ale nie wypada nabijać się z naukowców, szczególnie tych, z tak zacnymi osiągnięciami. Tak czy inaczej odkrycie okazało się owocne, bo już w następnym stuleciu naukowcy połapali się, że fosfor jest NIEZBĘDNY do wzrostu roślin i to nie tylko tych akwariowych a wszystkich.

 A tak na marginesie - widzieliście kiedyś na filmie jak koleś zapala zapałkę o cokolwiek szorstkiego? Pewnie każdy kiedyś próbował po obejrzeniu westernu i zawsze kończyło się to jednym i tym samym wnioskiem - to jakaś ściema. Otóż nie, w filmie da radę tak zrobić, bo ma zapałki fosforowe. Teraz stosuje się chloran potasu. Ale o potasie będzie w kolejnym tekście.

W środowisku naturalnym fosfor lubi wiązać się z wapniem. Trochę mniej ochoczo wiąże się z glinem i żelazem. A jeszcze rzadziej tworzy masę innych związków chemicznych. Tworzy złoża pochodzenia magmowego - gdzie powstają apatyty oraz osadowego - gdzie powstają fosforyty. Spora jego ilość znajduje się też w kościach oraz w odchodach zwierząt zwłaszcza tych żywiących się rybami. W formie organicznej występuje głównie jako estry kwasu fosforowego czyli fosforan inozytolu, fosfolipidy i kwasy nukleinowe. Teraz będzie małe zaskoczenie. Mało kto wie, że istnieje coś takiego jak cykl fosforowy. Wiedza na ten temat jest mało rozpowszechniona wśród akwarystów, ponieważ w odróżnieniu od niektórych form azotu, jest małe prawdopodobieństwo zatrucia zwierząt w akwarium, więc nikt za bardzo nie przejmuje się tym faktem. Przy udziale enzymu fosfataza flora bakteryjna przeprowadza proces mineralizacji fosforu, czyli zachodzi przemiana w związki nieorganiczne. Ale mineralizacja to nie wszystko. Żeby fosfor mógł być przyswojony przez rośliny, musi przyjąć formę rozpuszczalną w wodzie. I znów wracamy do tematu “zejdź z pH poniżej 7”. A dlaczego? A to dlatego, że jak już wspomniałem, fosfor chętnie wiąże się z wapniem. A wapnia w kranówce zazwyczaj nie brakuje. W wodzie zasadowej powstaje Ca3(P04)2 - fosforan trójwapniowy, który nie za bardzo chce rozpuszczać się w wodzie. Natomiast w wodzie kwaśnej powstaje Ca(H2P04)2 fosforan jednowapniowy, który z kolei łatwo rozpuszcza się w wodzie. Obydwa związki chemiczne stosowane są w przemyśle spożywczym jako regulator kwasowości E341. O toksyczności wyżej wymienionych związków chemicznych nic mi nie wiadomo. 

Teraz odnieśmy to wszystko (w równie niezrozumiałej formie) do roślin. Dla roślin przyswajalne są H2PO4 czyli anion diwodorofosforanowy i HPO4 czyli anion wodorofosforanowy. To był tzw. fosfor aktywny czyli taki, który rośliny przyswajają bezpośrednio. Jest jeszcze fosfor ruchomy. Zjawisko polega na tym, że związki ruchome fosforu są w równowadze ze związkami aktywnymi. Czyli w momencie spadku stężenia fosforu aktywnego (tego rozpuszczonego w wodzie), fosfor ruchomy (np. w postaci osadu trudno rozpuszczalnego) przyjmuje postać aktywną. Obserwujemy wtedy tzw. oddawanie fosforu z podłoża. Czyli związki fosforu nierozpuszczalne w wodzie wytrącają się i opadają na podłoże, lub zachodzi zjawisko adsorpcji (trudne słowo - powiedzmy, że na upartego można było zamienić na “wchłanianie”) przez podłoże, żeby w momencie niedoboru powstało zjawisko samoistnego stabilizowania się fosforu. I tu jest klucz tzw. oddawania fosforu z podłoża. Ale jest jeszcze tzw. fosfor zapasowy, czyli związki nierozpuszczalne, które w długotrwałych procesach mogą przyjmować postać przyswajalną. Znaczącą rolę w tym procesie pełnią bakterie fosforowe PSB. Wnioski z tego są takie - aktywne podłoże, także ziemia, jest dobrym magazynem oraz buforem poziomu fosforu a nagłe skoki mierzalnego fosforu mogą mieć związek ze zmianą parametrów wody. Samo nic się nie dzieje - albo zmieniło się pH, albo temperatura, albo proporcje tlenu i dwutlenku węgla, albo ma to związek ze zmianą światła. Wszystkie te czynniki mogą mieć wpływ na poziom fosforu w wodzie i powodować zmianę jednego związku w inny. Dochodzi jeszcze grzebanie w podłożu, ale uznaję to za oczywiste, bo jak już wspomniałem, to właśnie w podłożu zazwyczaj znajduje się, przynajmniej po pewnym czasie działania akwarium, istny magazyn tego pierwiastka. Same rośliny również potrafią zmagazynować spore ilości fosforu w postaci związków organicznych. Swoją drogą wprowadza to często zamieszanie w nawożeniu, ponieważ po pewnym okresie niedoboru, rośliny pobierają znacznie więcej fosforu niż są w stanie zużyć dla bieżących potrzeb, następnie po uzupełnieniu zapasów znów wracają do normalnego przyswajania powodując często kumulację w wodzie, jeśli na czas nie wyłapie się momentu na korektę nawożenia.

A w zasadzie to po co w ogóle nam fosfor w akwarium? Tajemnica tkwi w wysokoenergetycznym wiązaniu cząsteczki adenozynotrifosforanu. Żeby nie łamać sobie języka używamy skrótu ATP. Wiązanie to jest podstawowym źródłem energii wszystkich reakcji biochemicznych w organizmach żywych. Dla masochistów chcących zgłębiać temat - mowa o oddychaniu komórkowym. Dodatkowo fosfor jest składnikiem fosfolipidów tworzących błony komórkowe oraz jest składnikiem nukleotydów czyli w szerszym ujęciu wchodzą w skład DNA. 

Wniosek z tego taki, że fosfor jest dla roślin niezbędny, a bez niego rośliny umierają. Niestety jest też świetną pożywką dla glonów(?). Przenawożenie wody fosforem prowadzi do bujnego rozrostu glonów fitoplanktonowych - tak twierdzą spece od oczyszczania wody. W mowie potocznej nazywa się to zakwitem wody. Mało tego, glony przyswajają fosfor dużo szybciej niż pozostałe rośliny. Dlatego stosuje się normy poziomu fosforu w ściekach oczyszczonych i wynoszą one od 1 do 5 ppm samego fosforu (nie mylić z fosforanem - tego będzie ponad trzy razy więcej). Takie są wnioski po wieloletniej obserwacji i badaniach poziomu zanieczyszczeń wód w różnych rejonach świata. W związku z tym większość metod nawożenia opiera się na limitowaniu fosforu rozpuszczonego w wodzie lub wiązaniu go w podłożu o właściwościach jonowymiennych. 

Myślę, że dalej nie ma co zagłębiać się w procesy związane z fosforem. Tak jak w przypadku azotu jest pierwiastkiem niezbędnym do wzrostu roślin i może powodować rozrost glonów. W czym tkwi w takim razie tajemnica wzrostu roślin i jednoczesnym braku glonów? Przebrnijmy przez temat według kolejności badań. Z pomocą jako pierwszy przychodzi nam Pan Alfred Clarence Redfield. Jego największym osiągnięciem było opracowanie składu farby do malowania kadłubów okrętów wojskowych, dzięki której nie porastały one glonami. Wracając zaś do akwarystyki Redfield zauważył, że w organizmach morskich oraz w samej wodzie stosunek masy molowej węgla, azotu i fosforu wynosi 106:16:1. W przypadku zachwiania tych proporcji w wodzie, nie zmienia się skład chemiczny organizmów żywych. Zmniejsza się natomiast ilość biomasy w wodzie do momentu wyczerpania tego składnika, który aktualnie jest w niedoborze. Znów teoria jest nieco naciągana i trochę bardziej złożona, ale na nasze potrzeby ta wiedza w zupełności wystarczy. Tak na marginesie, jeśli ktoś się jeszcze nie połapał - stosunek molowy azotu i fosforu czyli wspomniane 16:1 to nie jest to samo co stosunek NO3 do PO4 czyli tego co mierzymy za pomocą testów. Ale o tym później. I jeszcze jedna uwaga - w przypadku długotrwałych zmian stosunek 16:1 nie będzie działać, ale sama teoria stałości proporcji azotu do fosforu będzie dalej słuszna. Czyli jednym słowem zdarzają się takie sytuacje, gdzie inne proporcje można uznać jako prawidłowe, ale ich zmiana nadal będzie obarczona ryzykiem wystąpienia glonów. To tyle i aż tyle udało się zrobić Redfieldowi dla akwarystów - oczywiście w telegraficznym skrócie. Niestety cały ogrom roboty dotyczył wody słonej i trudno powiedzieć, czy da się to przenieść bezpośrednio na zbiorniki słodkowodne.

Kolejną osobą zajmującą się badaniami w tym kierunku był Adriaan Briene. Walczył on sobie z sinicami i stwierdził, że muszą mieć jakiś związek ze składem chemicznym wody w akwarium. Jako że nikt do tej pory takich badań nie robił a on sam dysponował sprzętem amatorskim - badania nie przyniosły żadnego skutku. Tak było do dnia, kiedy to jego oczom ukazała się plaża pięknie wyścielona sinicami. Może akurat zawitał do Trójmiasta? Tak czy inaczej wniosek był taki, że skoro w wodzie słonej ten problem występuje, to może warto szukać badań w dziedzinie oceanografii. I tu spotkał się z wcześniejszą działalnością Redfielda. Jako że miał poważne problemy ze stabilnym poziomem węgla w wodzie (mowa o CO2), skupił się na proporcji azotu i fosforu. Potwierdził w badaniach tezę Redfielda i zaobserwował występowanie glonów zielonych przy wyższym poziomie azotu oraz występowanie sinic przy wyższym poziomie fosforu. Wnioski zapisał w tabeli, która obecnie żadnemu akwaryście do niczego potrzebna nie będzie. Ale jakby ktoś pytał, to jest takowa.

Kolejną osobą, która nieco ułatwiła życie akwarystów jest Charles Buddendorf. Przeliczył on tabelę Brienea na związki azotu i fosforu mierzalne popularnymi testami, czyli na NO3 i PO4 oraz prowadził dalsze badania związane już ściśle z akwarystyką. Owocem jego pracy jest tablica Buddy`ego, która niestety nie okazała się lekarstwem na wszystkie problemy z glonami, do czego sam po pewnym czasie przyznał się.

Po pierwsze testy wody są jakie są i do odczytania skali barwnej potrzebna jest kobieta, bo prawdziwy mężczyzna na kolorach się nie zna. Nawet gdy prawidłowo odczytamy kolor ze skali to i tak będzie to jakiś przedział wartości. A jak będzie to przedział od 1 do 5 ppm to jasno wynika z tego, że możemy pomylić się o 500%. Testy mierzą parametry byle jak, ale ważne jest też to co mierzą. Mierzą np. PO4, które nie jest jedynym związkiem fosforu w wodzie. To jaką postać przyjmuje fosfor jest ściśle powiązane chociażby z pH wody. Mimo wszystko tabela Buddy`ego jest dobrym punktem wyjścia do szukania balansu w proporcji azotu do fosforu, a finalny rezultat nie powinien daleko odbiegać od wartości teoretycznych.

Oczywiście Panowie wymienieni w powyższym tekście prowadzili wieloletnie badania i zrobili znacznie więcej dla nauki, ale jakoś musiałem upchnąć najważniejsze rzeczy w jednym niemal zwięzłym tekście. Jest jeden mankament powyższych teorii - jakoś gryzie się to z faktem, że w niektórych akwariach utrzymuje się dość wysoki poziom fosforu a glonów nie widać. Jednym słowem musi to być tylko jeden z czynników powodujących problem. 

Zupełnie inną teorię na ten temat ma twórca metody nawożenia znanej jako Estimative Index. Według Toma Barra niskie poziom fosforu w wodzie staje się czynnikiem limitującym wzrost roślin i tym samym zmniejsza zapotrzebowanie na inne składniki. Natomiast jego wzrost powoduje przyspieszenie fotosyntezy i wzrost apetytu u roślin. I to jest fakt. Jako główny czynnik powodujący wzrost glonów podaje deficyt dwutlenku węgla lub rzadziej inny składnik pokarmowy. Jako potwierdzenie tezy może posłużyć precedens polegający na tym, że np. w zbiornikach z klimatu równikowego zwiększenie poziomu fosforu nie skutkuje plagą. Za to w miejscach, gdzie rośliny rosną sezonowo (zimują) glony faktycznie wygrywają i to właśnie tam ogromna większość badań była przeprowadzana.

Niedobory omawianego pierwiastka są bardzo podobne do niedoborów azotu, ponieważ fosfor również należy do pierwiastków mobilnych, w związku z tym w pierwszej kolejności marnieją liście starsze. Często można zaobserwować niepoprawne wybarwianie się liści, zazwyczaj pojawia się wtedy kolor fioletowy na liściach. Heteranthera zosterifolia jest całkiem niezłym i naturalnym wskaźnikiem braku fosforu - pojawiają się na liściach czarne poprzeczne paski.

I to byłoby na tyle jeśli chodzi o fosfor. Po raz kolejny zaznaczam, że jest to tylko prześlizgnięcie się po temacie a nie jego wyczerpanie. Nadal niejasny jest związek fosforu z pojawieniem się glonów. Wciąż istnieje spór między zwolennikami nawożenia opartym na limitowaniu fosforu a tymi, dla których metoda EI przynosi najlepsze rezultaty. Do tego dochodzi jeszcze limitowanie wzrostu roślin słabym światłem, czyli akwarystyka zahaczająca o Walstadowe Low Tech, gdzie zazwyczaj stężenia fosforu osiągają najwyższe wyniki. Zachęcam do zagłębienia się w temat we własnym zakresie, bo poznanie zależności między fosforem a pozostałymi czynnikami powoduje zrozumienie wielu procesów i zmian zachodzących w akwarium.

I to byłoby na tyle, oczywiście jak zwykle w telegraficznym skrócie.