redfield ratio / пропорция Редфилда

Эта информация фундаментальна для понимания баланса экосистемы аквариума и поддержания почти полного отсутствия водорослей. Для "сухопутных" растений соотношение фосфор:азот имеет значение только в смысле обеспечения оптимального роста, для аквариума же не менее важным является и влияние этой пропорции на присутствие водорослей как таковых или их определенных видов.

"Пропорция Редфилда рассматривает оптимальное соотношение Углерода и Фосфора необходимого для Жизни. Так как потребности в энергии наземных и водных растений одинаковы , оптимальным соотношением C:P является 106C:1P для обоих. Таким образом, полная Пропорция Редфилда (оптимальное соотношение C к N к P) для наземной и водной жизни: на суше - 106C:16N:1P; в воде - 106C:13N:1P. (прим. перев.: атомарное!) Мы уже знаем, что потребность в N на суше больше так как им нужно больше протеинов для создания жесткой конструкции своего организма. Обратной стороной этого является то, что так как потребность в N в водных системах меньше, относительная потребность в P выше потому что фосфор равномерно распределен между водной и наземной формой жизни. Таким образом, в водоемах обычно рост лимитирует именно фосфор". ( Tне phosphorus cycle )

Исследования показали, что рост водорослей имеет место при дисбалансе в водоеме пропорции фосфор:азот. Эта пропорция называется пропорцией Редфилда (Redfield ratio, RR-ratio).
В 1934 году американский ученый Alfred C. Redfield (1890-1983) обнаружил что атомарное соотношение C-N-P в зоопланктоне во всех океанах было 106C:16N:1P. Отклонения были не более 20%. Это соотношение также изучалось с целью определения влияния этих двух элементов на появление тех или иных видов водорослей в водоемах (см. Левич/Булгаков англ ., рус .) и было обнаружено, что смещение пропорции в ту или иную сторону характерно для доминирования определенных видов. Зеленые водоросли есть при сравнительно большом количестве нитратов (NO3>5мг/л) по отношению к фосфатам в воде*, и наоборот, малое количество или отсутствие азота и много фосфатов (PO4>0.15мг/л) приводит к появлению сине-зеленых водорослей (Cyanobacteria ¬ ). [ не путать конц. в воде с дозировкой в неделю! ]

"Пропорция Редфилда (Redfield Ratio ¬ ) рассматривает оптимальное соотношение Углерода и Фосфора необходимого для Жизни. Так как потребности в энергии наземных и водных растений одинаковы , оптимальным соотношением C:P является 106C:1P для обоих. Таким образом, полная Пропорция Редфилда (оптимальное соотношение C к N к P) для наземной и водной жизни: на суше - 106C:16N:1P; в воде - 106C:13N:1P (атомарное). Мы уже знаем, что потребность в N на суше больше так как им нужно больше протеинов для создания жесткой конструкции своего организма. Обратной стороной этого является то, что так как потребность в N в водных системах меньше, относительная потребность в P выше потому что фосфор равномерно распределен между водной и наземной формой жизни. Таким образом, в водоемах обычно рост лимитирует именно фосфор P". ( Tне phosphorus cycle )

Кроме общего для водоема соотношения Редфилда (см. ниже ¬ ) каждый живой организм или колония имеет свое. Например водные растения содержат P:N~1:8-10 (Garten 1976), а водоросли ~1:14 (Redfield 1958). Перевод в PO4:NO3 по массе даст для растений ~1:5.3-6.7, и ~1:9.3 для водорослей. Это можно использовать чтобы определить какого именно элемента станет недостаточно первым при определенной пропорции PO4:NO3 в удобрении/воде/грунте: нужно разделить концентрацию вещества на его долю в пропорции Редфилда. У какого элемента полученное число будет меньше , тот и станет лимитирующим ( » ).
Например если вносить раствор с атомарным Redfield ratio P:N=1:7.5 как в Estimative Index ¬ (с PO4:NO3 по массе 1:5), условно примем что вносим PO4 на 1мг/л с NO3=5мг/л что даст по массе чистых P~0.33мг/л и N~1.15мг/л. Получим 0.33/1=0.33 и 1.15/10 = 0.115, то есть в данном случае быстрее закончится азот N. Если же вносить раствор PO4:NO3 1:19 по Tropica с атомарным 1:28.5 и дозой P=0.33мг/л а N=4.37мг/л получим: 0.33/1=0.33, 4.37/10=0.437), то есть фосфор закончится чуть раньше, что дает огромные преимущества ¬ в случаях лимитирования растений по CO2. При пропорции в удобрении PO4:NO3=1:15 азот и фосфор заканчиваются одновременно.

Сравним три системы используя данные состава растений (атомарный P:N=1:8-10):
Общая практика и Seachem с PO4:NO3=1:15 -> atomic 1: 22.5 –> 2.25…2.8 (быстрее закончится фосфор P)
Tropica с PO4:NO3 1:19 = atomic 1:28.5 -> 2.85…3.56 (быстрее закончится фосфор P)
Estimative Index с PO4:NO3=1:5 -> atomic 1:7.5 –> 1:0.75…0.93 (быстрее закончится азот N).
То есть акцент делается на том чтобы азота N было ВСЕГДА ¬ с избытком относительно фосфора P !
Жидкие удобрения ADA специфичны - так как основной источник азота субстрат Aqua Soi, в воду вносится почти только PO4. Попорции PO4:NO3~1:1.695 для Lights, и 1:1.915 для Shade.

Часто Redfield ratio неправильно используется аквариумистами.
Чтобы использовать это соотношение верно для составления удобрений нужно сначала перевести атомарное Redfield ratio в соотношение P:N по массе , а затем в соотношение по массе в PO4:NO3. Коэффициент перевода масовое PO4:NO3->атомарное P:N грубо принимают 1.5. Атомарный Redfield ratio 106C:16N:1P. Перевод в соотношение по массе даст 41C:7.2N:1P, перевод в PO4:NO3 по массе даст 1:10.4 .
Допустимый диапазон атомарного Redfield Ratio 1:15-30 (далее RRatomic), PO4:NO3 по массе 1:~10-20.

Лучший атомарный Redfield ratio с максимальным ростом растений и минимальным водорослей судя по графику Adriaan Briene - 1:24 , что соответствует PO4:NO3=1:16.

Перевод атомарного Redfield Ratio в соотношение PO4:NO3 по массе : RRatomic = (NO3/PO4) x 1.5.

Прим.: азот в аквариуме содержится также в аммонии NH4+ и нитрите NO2, но их концентрация в здоровом аквариуме столь мала, что этим можно пренебречь.

В Интернет также существует несколько статей ¬ с неправильным переводом атомарного RR в соотношение PO4:NO3 по массе. Вместо формулы RRatomic = (NO3/PO4) x 1.5, где RRatomic это атомарный Redfield Ratio а NO3 и PO4 концентрация по массе, использовалась ошибочная формула с множителем 0.7 вместо 1.5.

Правильные рассчеты, Калькулятор, Таблица и перевод атомарного Redfield Ratio в соотношение PO4:NO4 по массе есть в статье Adriaan Briene: De Redfield Ratio, de basics часть 1 , часть 2 . (голл.)

C.Baddendorf приводит пример стабильной пропорции PO4=0.2 и NO3=5мг/л в прекрасном аквариуме-чемпионе конкурса в Голландии, которая поддерживалась годами . Это соответствует RRatomic~1:37.5, то есть PO4:NO3=1:25 дает хороший результат т.к. улучшает активность Rubisco ¬ = потребление СO2 ( PJAN ).

Определение атомарного соотношения Redfiled ratio по соотношению NO3:PO4 по массе.
Phosphate [PO4], mg/liter
Nitrate [NO3], mg/liter
1
1.5
2
2.5
3
5
7
9
12
15
18
21
24
27
30
0.05
30
45
60
75
0.1
15
22.5
30
37.5
45
75
0.175
8.6
13
17
21
26
43
60
77
0.2
7.5
11.2
15
19
22.5
37.5
52.5
67.5
0.25
6
9
12
15
18
30
42
54
0.3
5
7.5
10
12.5
15
 25
35 
45
60
0.5
6
7.5
9
15
21
27
36
45
0.6
5
6.2
7.5
12.5
17.5
22.5
30
37.5
45
0.8
5.6
9.4
13
16.9
22.5
28
33.8
39
45
1.0
4.5
7.5
10.5
13.5
18
22.5
27
31.5
36
40.5
45
1.2
6.25
8.8
11.2
15
18.8
22.5
26
30
33.8
37.5
1.4
5.4
7.5
9.6
13
16
19
22.5
26
29
32
1.6
4.7
6.6
8.4
11.3
14
16.9
19.7
22.5
25
28
1.8
5.8
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
2.0
5.3
6.8
9
11.3
13.5
15.8
18
20.3
22.5
2.5
5.4
7.2
9
10.8
12.6
14.4
16.2
18
3.0
 
 
6
7.5
9
10.5
12
13.5
15
   - минимальные шансы роста водорослей
 
- возможен рост сине-зеленых водорослей
   - возможен рост зеленых водорослей
Оптимальный Redfiled Ratio (атомарное)              
20-24
Оптимальный диапазон Redfield Ratio (атомарное)
             
15-30
минимальный предел (сине-зеленые водоросли)
             
<15
максимальный предел (зеленые водоросли)
             
>30

Как это использовать на практике? Нужно просто делать раствор фосфат:нитрат с правильной пропорцией ~1:10-15 (RRatomic=15-22.5), а в случае временного дисбаланса регулярные подмены воды приведут все в норму. Для ступенчатого метода освещения ¬ фосфата нужно меньше - PO4:NO3=1:15-25 (RRatomic=22.5-37.5. Отклонение от этих параметров в сторону нитрата (RRatomic>1:45) может способствовать к бурному росту зеленых водорослей, а в сторону фосфата (RRatomic<1:10) - сине-зеленых ¬ .
Недостаток азота намного хуже чем фосфора ¬ , так как это резко снижает способность растений потреблять CO2, а их правильная пропорция является Главным правилом внесения N и P ¬ . Именно такая пропорция используется при внесении азота и фосфора с продуктами Seachem Flourish Nitrogen™ и Flourish Phosphorus™ ¬ .

Соотношения PO4:NO3 (по массе) используемые в удобрениях для водных растений:
Tropica PLANT NUTRITION+ liquid по массе PO4:NO3~1:19 (1.34 N-0.1 P-1.03 K), что равно RRatomic~1:28.5
Seachem Flourish Nitrogen™ и Flourish Phosphorus™ ¬ PO4:NO3 по массе ~1:16, что равно RRatomic~1:24
PPS-pro по массе PO4:NO3~1:10, что равно RRatomic~1:15
Estimative Index ¬ по массе PO4:NO3~1:5, что равно RRatomic~1:7.5
PJAN (PJ Magnin) в ступенчатом методе освещения ¬ (т.е. по ADA) PO4:NO3 по массе ~1:15-25 (RRatomic~1:22.5-37.5) (намеренное ограничение роста растений для улучшения стабильности отсутствия водорослей и сохранения композиции)
Как можно видеть, широко используемое в нашем хобби PO4:NO3=1:10-15 полностью соответствует оптимальному атомарному Redfield Ratio 1:15-22.5.

В аквариумах Такаши Амано уровень фосфатов не более 0.05-0.1мг/л, а нитратов не более 1-3мг/л. Это не означает что может быть недостаток азота - субстрат Aqua Soil работает настолько хорошо что растения никогда не испытывают недостатка N и в воду вносится почти только PO4 (в жидких удобрениях ADA ¬ PO4:NO3~1:1.695 для Green Brighty Special Lights и 1:1.915 для Green Brighty Special Shade ), то есть ADA использует соотношение PO4:NO3 = 1 к бесконечности и растения сами берут азота сколько им нужно.
Можно предложить идеальную пропорцию для аквариума с растениями по системе ADA: PO4=0.1-0.2мг/л при NO3=1.5-3.0мг/л с PO4:NO3=15, что даcт атомарный Redfield Ratio ~1:22.5. Для систем с внесением удобрений только в воду - та же пропорция удобрений только дозировка на большую концентрацию - на 1.5-3мг/л PO4 в неделю.
Более высокие концентрации фосфатов, 0.2мг/л тоже возможны так как сам по себе высокий уровень фосфата (как и нитрата) в воде не является прямой причиной появления водорослей. Например по системе Estimative Index ¬ ) можно дозировать на 3мг/л в неделю не имея водорослей вообще. В системе ADA дозировки в воду значительно меньше так как большинство питания растения получают через богатый субстрат. Разница между ними в стабильности - EI с PO4:NO3 1:5 менее стабильна т.к. больше подвержена воздействию недостаточной дозировки удобрений и колебаниям концентрации CO2.

При стабильном аквариуме с нормальной дозировкой не лимитирующей (!) рост растений пропорция Редфилда особой роли не играет и PO4:NO3=1:5 не будет прямой причиной появления водорослей (см. - permalink ). Но это пока дозировка достаточна и стабильна, а что в случае недостатка питания? Я считаю что когда растения будут испытывать недостаток питания от слишком малой / нерегулярной дозировки удобрений, недостатке CO2, или при больших подменах воды во время избавления от вспышки водорослей пропорция PO4:NO3=1:10-15 дает преимущество выражающееся в меньшей интенсивности роста водорослей при нестабильном аквариуме и дает аквариумисту больше времени на исправление ошибки - система будет стабильнее (подробнее ¬ ). Это далеко не панацея от всех бед, но использование удобрений с PO4:NO3 1:15 можно смело назвать "хорошей привычкой" которая никогда не принесет никакого вреда - только пользу. Такая пропорция используется очень давно. Самую высокую стабильность и дружественность к пользователю имеет система ADA с большинством питания в субстрате, минимальной концентрацией питательных веществ в воде, и особым режимом освещения (подробнее ¬ ).
Иногда можно видеть претензии что пропорция 1:10-15 вызывает появление зеленых точечных водорослей ¬ , но эту проблему так же легко решить как и недостаток азота в системе EI - просто временно увеличить дозировку удобрений или внести пару доз KH2PO4 без малейшей опасности вызвать этим рост водорослей.

Прим.: Такие низкие концентрации ¬ фосфатов и нитратов как у Takashi Amano не означают что он их вносит в таком малом количестве. Это означает что после внесения удобрений благодаря оптимальным освещению ¬ и подачи CO2 ¬ растения за день-два практически полностью их потребляют/запасаю т, и концентрация этих веществ в воде остается крайне низкой уменьшая скорость роста водорослей в случае дисбаланса (сама по себе более высокая концентрация PO4, NO3, Fe и пр. не является прямой причиной роста водорослей!). Кроме того в системе ADA ¬ основной запас питания находится в субстрате ¬ , что и позволяет без недостатка питания для растений максимально ограничить концентрацию в воде. При бедном субстрате PO4:NO3 вносят больше - на 1.5-3мг/л PO4 в неделю.
Прим.: Значительное влияние на дозировку и саму пропорцию NO3:PO4 оказывает метод освещения аквариума. Подробно об этом смотри в разделе Ступенчатый метод освещения ¬ .

Redfield Ratio не отменяет других основных правил предотвращения водорослей: - оптимальный рост растений и их большая биомасса за счет оптимальной интенсивности освещения ¬ и соответствующей ей подачи CO2 ¬ , внесения достаточного количества PO4:NO3, микроэлементов ¬ и соблюдения правильной длительности освещения ¬ аквариума. Никакое Redfield Ratio не поможет если растения не растут достаточно хорошо (можно и медленно) и их биомасса недостаточна - водоросли все равно будут присутствовать в аквариуме независимо от пропорции, и прежде всего потому что будет много аммония NH4+.
^

Трофический статус / Trophic State.

Кроме пропорции Редфилда (Redfield ratio) существует методика определения здоровья природных водоемов по так называемому Трофическому статусу (Trophic State) . При этом тоже используется соотношение Фосфор:Азот. Если водоем с низким количеством питательных веществ, то говорят что он имеет низкий Trophic level - то есть он Oligotrophic (дословно "малая питательная база"). Если питательных веществ достаточно но не избыточно - Mesotrophic (среднее количество), а водоемы с избытком пищи называют Eutrophic (слишком много).
Считается что соотношение азота к фосфору 10:1 уменьшает рост водорослей, причем добавление азота будет стимулировать их рост; соотношение между 10:1 и 15:1 считается переходным; а при пропорции более 15:1 считается что в водоеме не хватает фосфора, причем при таком и выше соотношении увеличение доли фосфора усиливает рост водорослей. В принципе это соответствует сказанному выше. Фосфор считается главным лимитирующим фактором роста зеленых водорослей, в то же время очень низкая концентрация азота в воде не гарантирует такого сдерживания роста водорослей, как недостаток фосфора. Нашествие сине-зеленых водорослей ¬ происходит от очень малого количества азота в водоеме, и более высокие концентрации нитратов даже лучше - другие виды водорослей подавят сине-зеленые, что существенно улучшит состояние водоема.
Прим.: заметьте что указан Total Phosphorus , а не концентрация PO4 в воде!

Oligotrophic
Общий фосфор (Total Phosphorus) 0.005-0.1 мг/л.
NO3<0.3 мг/л.

- водоем в общем чистый, глубокий и свободен от растений и вспышек роста водорослей. Хотя он и красив, в нем мало питательных веществ для поддержания больших популяций рыб. Тем не менее Oligotrophic водоемы часто развивают хорошую пищевую цепь способную поддерживать желаемую популяцию для больших хищных рыб (fishery for large game fish).

Eutrophic
Общий фосфор (Total Phosphorus) 0.03-0.1 мг/л.
NO3=0.5-1.5 мг/л.
- в водоеме высокий уровень фосфатов, много питательных веществ, большое количество донного осадка, и он может поддерживать большую биомассу (много животных и растений). В них обычно растут водоросли или часто случаются их нашествия. В них много рыбы, но они подвержены дефициту кислорода. Небольшие, мелкие Eutrophic водоемы особенно подвержены зимним морам, которые могут уменьшить количество и разнообразие видов рыб. Часто в них живут выносливые рыбы. Лишенные кислорода поздним летом, hypolimnions (нижний слой водоема) более глубоких Eutophic водоемов ограничивают число холодноводных рыб и служит причиной высвобождения фосфора из осадка.
Nature Aquarium похоже относится к Eutrophic водоемам.

Mesotrophic
Общий фосфор (Total Phosphorus) 0.01-0.3 мг/л.
NO3=0.3-0.5 мг/л
- занимает промежуточное положение между стадиями Oligotrophic и Eutrophic.

Hypereutrophic
Общий фосфор (Total Phosphorus) >0.1 мг/л.
NO3>1.5 мг/л.
- слишком большое количество питательных веществ приводит к полному зарастанию водорослями.
^

В английской версии статьи C.Baddendorf, Free of algae with Redfield ratio Таблица и Калькулятор неправильные! Хотя на той же странице во врезке Buddy ratio можно видеть правильную формулу (просто множитель 1.45 вместо 1.5 как говорил Adriaan Briene).
В оригинальной голландской версии той же статьи C.Baddendorf, Algenvrij met Redfield ratio Калькулятор неправильный, но Таблица и врезка про Baddy Ratio правильные.
Вот в этой статье та же ошибка: De Redfield Ratio - Een gastbijdrage van John Juijn (использован множитель 0.7 вместо 1.5).
В статье Голландского журнала "het Aquarium" (Голландия) от C.Baddendorf и A.Briene тоже неверные расчеты и Таблица (неправильная формула RRatomic=(NO3/PO4) x 0.7): Doorbraak in algenbestijding “Algenvrij met Redfield Ratio . Вот фрагмент в котором ошибка: ”RR = (nitraat x 14/62) / (fosfaat x 31/95). Ofte wel: Redfield Ratio = (nitraat : fosfaat) x 0,7”.
Неправильный Калькулятор и Таблица и здесь тоже: Redfield Calculator .

Redfield Ratio Calculator
, [http://members.lycos.nl/brieneoord/aqua/redfieldcalc.html];
Redfield ratio , Adriaan Briene - (внизу страницы калькулятор);
The nitrogen:phosphorus ratio , статья Левичь и др. (англ., Глава 4 на русском .) [http://www.chronos.msu.ru/EREPORTS/levich_the_nitrogen/levich_the_nitrogen.htm];
Massachusetts Water Watch Partnership Fact Sheets - [http://www.umass.e du/tei/mwwp/factsheets.html]
Aquatic Plant life, unifying principles , Tom Barr
National Nutrient Guidance Documents ;
Trophic level, Fact Sheets
Tне phosphorus cycle
Lake Classification

 

welcome

Главная - amania
что такое Nature Aquarium
галерея IAPLC
основы композиции
растения в NA
рыбы в NA
технологии NA
сделай сам (DIY)
вода
свет
co2
субстрат
фильтрация
азотный цикл
удобрения
борьба с водорослями
морской аквариум
что посмотреть
разное
карта сайта

борьба с водорослями

водоросли
обзор видов
предотвращение
метод затемнения
соотношение redfield
водорослееды
caridina multidentata
причины гибели
разведение amano shrimp
разведение по m.noren
разведение по logemann
разведение по k.bjarnastein
корм для личинок
parotocinclus
otocinclus affinis
red cherry
sae
cyanobacteria
цветение воды

поиск на сайте


  на » amania