原文作者:Randy Holmes-Farley
原文标题:Reef Aquarium Water Parameters
原文连接:http://www.reefkeeping.com/issues/2004-05/rhf/index.php
刊号:reefkeeping [200405]
翻译:NETWARE
译文地址:
礁岩缸水质参数概论(二)
——作者:Randy Holmes-Farley
推荐参数简述:重点监控参数
钙
许多的珊瑚通过吸收钙来形成其骨骼(主要成分碳酸钙CaCO3)。这一过程需要的钙大部分都是从海水中摄取的。因此,在有大量快速生长的珊瑚、钙藻等的礁岩缸里,钙经常很快就被耗尽了。当钙含量低于360ppm时,珊瑚将渐渐很难再摄取到足够的钙,从而停止生长。
将钙含量保持在必要浓度是礁岩缸爱好者日常最重要的工作之一。大部分礁岩缸鱼友将钙含量维持在与xx海水相近的浓度(约420ppm)。没有迹象表明,在此基础上再提高钙的浓度会加速珊瑚钙化(即骨骼生长)。例如,实验表明,对于Stylophora pistillata这种珊瑚,低浓度的钙含量会限制它的生长,但是高于360ppm的钙浓度也并不会加速钙化。欲知详情,请参阅我的另一篇专题文章。
综上所述,我的建议是将钙的浓度保持在380-450ppm即可。同时我建议,把均衡添加钙和碱作为日常维护工作。{zshy}的均衡添加方法有石灰水,钙反应器(利用碳酸钙和二氧化碳)和钙-碱独立添加法。
如果钙被大量耗尽,需要大量的补充,那么上述均衡添加方法并不适用,因为这会导致碱度大幅增高。这种情况下,需要通过添加氯化钙来单独提高钙浓度。
碱度
和钙相似,很多珊瑚需要“碱度”来形成骨骼(主要成分为碳酸钙)。通常我们认为,珊瑚吸收重碳酸盐(Bicarbonate)并将其转换为碳酸盐(Carbonate),再利用碳酸盐来形成它的碳酸钙骨骼。此转换过程如下:
HCO3- à CO3– + H+
重碳酸盐(Bicarbonate) à 碳酸盐(Carbonate) + 酸性物质(acid)
为了确保珊瑚的钙化有足够的重碳酸盐供应,我们本来直接测量重碳酸盐的含量就可以了。然而,研制一个测量重碳酸盐含量的测试剂比研制一个测量碱度的测试剂要复杂,因此,我们习惯于用测量碱度来代替测量重碳酸盐的含量。
那么,什么是“碱度”呢?在礁岩缸中,碱度只不过是用来测量将PH值降到4.5所需要的酸性物质(H+)的量。这一过程中,如下所示,所有的重碳酸盐都被转换为碳酸:
HCO3- H2CO3+ H+
在自然海水或者礁岩缸中,相对于其它离子,重碳酸盐对碱度的影响起{jd1}支配地位,所以知道了将PH降低到4.5所需H+ 的量就等同于知道了当前重碳酸盐的含量。因此简单的用测量碱度来代替测量重碳酸盐含量的方法在鱼友中被大量采用。
然而这种测量方法有一个重要问题需要注意,一些人工海盐——比如Seachem(美国海化——译者注)海盐——含有高浓度的硼酸盐。在一般情况下,海水中硼酸盐的浓度较低,它有助于维持PH的稳定。太多硼酸盐则会在重碳酸盐和碱度的对应关系中造成干扰,使用此类海盐的鱼友需要在测量碱度时将该因素考虑在内。
不像钙浓度过高无助于钙化,我们相信,某些生物在比普通海水更高碱度的环境中钙化会加速。这一结论已经在科学著作中被证实——在海水中增加重碳酸盐的浓度会使Porites porites这种珊瑚的钙化加速。在这个实验中,重碳酸盐浓度增加一倍,钙化速度也增加了一倍。无法摄取足够的重碳酸盐成为许多珊瑚快速生长的瓶颈,这可能要部分归因于如下事实——光合作用和钙化过程都在争夺重碳酸盐,而外部的重碳酸盐浓度却无法提供足够的量。
基于以上原因,将碱度保持在一个必要的浓度是礁岩缸爱好者日常最重要的日常工作之一。如果不及时补充,珊瑚耗尽海水中大量的现存重碳酸盐后,碱度会快速下降。尽管需要多高的碱度取决于鱼友自身对礁岩缸的期望,大多礁岩缸鱼友还是会把碱度维持在接近或者略高于自然海水的水平。那些希望自己的珊瑚最快速生长的鱼友,常常会把碱度维持在很高水平。虽然在钙浓度不被降低的前提下,更高的碱度也无妨,我仍建议鱼友将碱度维持在2.5 - 4 meq/L 之间(7-11 dKH, 相当于125-200 ppm CaCO3)。
碱度过高将导致水中碳酸钙非生物性的凝结物增加,它们附着在加热棒和水泵叶轮片等物体上,不仅浪费了我们精心添加的碱和钙,还增加了器材维护成本。当碱度过度提高后导致上述现象发生,还可能同时造成钙浓度的下降。因此,过度提高碱度会产生让人意想不到的后果。
我建议鱼友们把均衡添加钙和碱作为日常维护工作。使用石灰水,钙反应器(利用碳酸钙和二氧化碳)和我称之为“钙-碱独立添加法”的均衡添加方法都是{zlx}{zshy}的。
鱼友可以简单地通过添加碳酸氢钠(小苏打)或者碳酸钠(洗涤碱)来快速调整碱度到合理值。
盐度
有很多方法可以测量盐度值,包括电导率探针、光学折射计和液体比重计。这些仪器一般以比重(是个比值,没有单位)或者盐度(以ppt为单位,ppt即parts per thousand,大约对应于一公斤水中含纯盐的克数)作为输出结果,尽管有时也以电导率(以mS/cm为单位,即, milliSiemens per centimeter)表示。
以下数据供参考:自然海水的盐度约35ppt,相应比重为1.0264、电导率为53mS/cm。
就我所知,几乎没有证据表明,把礁岩缸的盐度保持在非自然海水盐度值能起到更好的效果。然而现在看来,将礁岩缸中的盐度值保持在低于自然海水值的做法似乎成为了惯例,理由似乎是认为鱼类在低盐度的环境中压力更小。同样的错误理解也在“比重和盐度是何关系”这一问题中产生,尤其是考虑到温度的影响。
Ron Shimek已经在他以前的文章中讨论过自然环境下珊瑚礁的盐度。他的建议和我的一样,就是将礁岩缸的盐度维持在与自然海水同样的值。如果你的礁岩缸中的生物来自低盐度的咸水环境,又或是来自高盐度的红海,那么才需要将盐度进行相应调整。除此情况之外,我建议保持盐度在35ppt(比重=1.0264;电导率=53mS/cm)。
温度
温度对礁岩缸中的“居民”有着各种各样的影响。首要的是,随着温度的升高,动物们的新陈代谢率也增加了,所以,它们会消耗更多的氧气、二氧化碳、营养、钙和碱。同时,它们的生长和废物排泄速度也相应增加。
温度另一个重要影响是在化学方面的。水中溶解气体——比如氧气和二氧化碳——的可溶性也随着温度的改变而改变。特别需要留心的是氧气,它随着温度的升高,可溶性会降低。
那么我们鱼友从中能得到什么启示呢?
在大多数情况下,维持礁岩的环境尽量与大自然接近是个不错的主意。但是对于温度这个参数来说,需要考虑到的是,我们的礁岩缸是个封闭的狭小环境,对比自然环境来调节我们的温度目前来说太复杂了,因为各种各样的珊瑚在一个跨度很大的温度区域内各自生存。尽管如此,Ron Shimek在以前的一篇文章中告诉我们,绝大部分珊瑚都是在平均温度在83-86° F(28.3° C-30.0° C)的水域中被发现的。
然而,我们的礁岩缸是有局限性的,我们需要将{zj0}温度维持在稍低的水平。在日常的运作中,礁岩缸中“居民”所需氧气和新陈代谢率不是什么重要的事情,但是一旦发生断电的情况,水中溶解的氧气会快速耗尽。低温不仅能在紧急情况发生前使水中保持高溶氧水平,也能使新陈代谢率降低,从而减少“居民”的耗氧量。在低温时,生物死亡后氨的释放也会变慢。基于这些原因,鱼友可能会在太高(虽然有些珊瑚在海洋中就喜欢这样的高温)和太低的温度之间选择一个折中的平衡点。尽管珊瑚礁的平均温度与珊瑚最为繁盛的区域海水温度相同(如印尼中心的珊瑚礁区,)这里的海水也受到洋流交汇的重要影响。实际上,由于洋流的交替作用,较冷的珊瑚礁(如太平洋中开放的珊瑚礁区)水温一直稳定的维持在较低水平,生长在这里的珊瑚礁抵御白化和温度波动的能力较差。
综合来讲,那些自然中的状况,给我们一个很大的温度选择范围。我将我的礁岩缸温度常年控制在80-81° F(26.6° C -27.2° C),其实我更倾向于在夏季保持更低的温度,以防在断电后升温。同理,在冬季保持更高温度,以防断电后降温。
总之,我建议,除非有特殊原因,应将温度控制在76-83° F(24.4° C-28.3° C)的范围内。
pH
鱼友们总是花很多的时间和精力来处理与pH有关的难题,其中某些是必要的,因为pH异常的确会影响生物的健康。然而,在很多情况下,{wy}让我们头疼的是pH的测量或者它的阐释。
有几方面的因素让监测海缸的pH值成为一件重要的事情。其中之一就是水中的生物只在一定的pH值范围之内欣欣向荣,但是各种生物之间,这个“范围”又各不相同。因此,在一个养了很多种类生物的礁岩缸中,很难去设定一个“{zj0}的”pH范围。即使xx海水的pH值(8.0~8.3),对生活在其中的某些生物来说,也可能不是最理想的。但是在八十年前我们就认识到,和自然海水不同的pH值(比如低至7.3)对鱼是有压力的。现在,相比过去,有大量额外的信息告诉了我们很多生物的{zj0}pH值范围,但是那些能使鱼友感兴趣的生物的资料却严重不足。
另外,pH值对生物的影响不仅是直接的,也有间接的。一些金属(例如铜和镍)对生物的毒性也随着pH的变化而变化。因此,适合某个海缸的pH范围未必适用于另一个,即使它们缸内的生物相同,然而却含有不同浓度的金属。
然而,pH的变化又实实在在地影响到许多海缸生物的基础进程。其中之一就是钙化,或者称之为碳酸钙骨骼的沉积,它依赖于pH值,随着pH值的下降而减缓。据此,再加上很多鱼友的实际经验,我们可以推算出一个礁岩缸中可接受的pH值范围。
礁岩缸中合理的pH范围是一个很难定义的值,各人都有自己的看法。我在这里提出的结论并不是适合每个礁岩缸的{zj0}值,定义一个{zj0}值要比定义一个合理值要复杂得多,所以我们关注这个合理值。我建议理想状态应和自然海水的pH值——约8.2保持一致,不过珊瑚礁岩缸中能接受的pH值范围很广,在我看来,pH值在7.8~8.5之间都是可以的,另有说明如下:
1. 将碱度至少维持在7dKH,并且在保持pH高于{zd1}值(7.8)的基础上越高越好。这个说法是建立在礁岩缸在pH7.8-8.0之间效率会比较高的实际情况基础上的。最恰当的例子就是钙反应器,它在保持较低PH值的同时能维持相当高的碱度(大于等于3 meg/L),此时,任何由此低ph值条件引发的的钙化问题都会被高碱度所抵消。
2. 将钙浓度至少维持在400ppm。随着pH和钙的降低,钙化将变得更加困难。同时剧烈调整pH、碱度和钙是不足取的,所以如果pH值低并且很难提高(比如在有钙反的情况下),至少确保钙浓度在一个正常偏高的值(400~450ppm)。
3. 同样的,pH过高将导致碳酸钙的非生物性沉淀,进而使钙和碱度降低,加热棒和水泵叶轮的堵塞。如果你将pH值升到8.4以上(使用石灰水时会经常导致该情况),请确保钙和碱度被维持在正常水平(不要过低——那将抑制生物钙化,或是过高——那将导致设备上有过多非生物性沉淀)。
4. pH值瞬间大幅上升相对于瞬间大幅下降来说要少一点危害。
镁
镁最主要的作用是在礁岩缸内保持钙和碱度的相对平衡。自然海水和礁岩缸内的水中的碳酸钙总是过分饱和的,这意味着,溶液中钙和碳酸盐的浓度超过了水能正常吸收的量。这怎么回事呢?镁是主要原因。每当碳酸钙开始沉淀,镁会附着在碳酸钙晶体表面,镁有效的堵塞了晶体表面,使它们不再看起来是碳酸钙,从而使它们不能再吸附更多的钙和碳酸盐,最终导致沉淀停止。没有镁,碳酸钙的非生物性沉淀会大量增加,也就无法将钙和碱度维持在自然中的水平。
因此,我的建议是维持礁岩缸中镁和自然海水中的浓度一致——1285ppm。就实际操作来说,1250~1350ppm皆可,稍微偏差一点(1200~1400ppm)都是可以的。我不建议在{yt}中提高超过100ppm的镁,以防在镁添加剂中有杂质。如果你需要提高你礁岩缸中的镁数百ppm,那么在几天内逐步添加能让你在xx控制提升量的同时,让礁岩缸有充分时间来适应添加剂中的杂质。
礁岩缸中的珊瑚和珊瑚藻的碳酸钙骨骼生长会吸收镁并耗尽它。许多添加钙和碱度的方法未必会同时增加足够的镁,特别是石灰水(一种同时提升钙、碱度的添加剂——译者注)特别缺乏镁。所以我们需要时不时地测量镁含量,特别是在我们很难维持钙、碱度浓度平衡的时候。另外,当礁岩缸中的加热棒和水泵上出现大量非生物性沉淀也可能是镁浓度低造成的(同时缸中pH、钙和碱度偏高)。
磷酸盐
礁岩缸中磷最简单的形态是无机正磷酸盐(H3PO4, H2PO4-, HPO4–和PO4— 都是正磷酸盐的不同形态)。大多数的测试剂测量的就是正磷酸盐这种磷形态,虽然自然海水中也含有它,但同时还含有磷的其他形态。它在自然海水中的浓度因地而异,也因深度和{yt}中的不同时段而变化。表层海水相对深层海水来说,大大的消耗了磷酸盐,因为表层海水中的生物活性阻绝了有机体中的磷酸盐。用水族的标准来衡量典型表层海水中的磷酸盐浓度,得到的结果是相当低的,有时低至0.005ppm。
不去人为将磷酸盐浓度降到{zd1},那么它就会在礁岩缸中累积并浓度升高。磷酸盐主要来源于食物,也存在于淡水和一些钙和碱度的添加剂中。
如果放任不管让磷酸盐超过正常浓度,那么就会引起两个不良的后果。其一就是抑制了钙化,也就是说,降低了珊瑚和珊瑚藻形成碳酸钙骨骼的速度,也就阻碍了它们的正常生长。
其二,磷酸盐是藻类生长必须的养分。如果磷酸盐不断累积,藻类的过度生长就会成为一个问题。磷酸盐浓度在0.03以下时,许多种浮游生物的生长率就取决于磷酸盐浓度(假定没有其他限制生长的因素,比如氮和铁)。而当磷酸盐浓度高于0.03ppm时,它就不能限制海水中许多有机体的生长了。所以想要通过控制磷酸盐浓度来抑制藻类生长需要将浓度控制在非常低的水平。
综上所述,磷酸盐浓度应该控制在0.03ppm以下。尽管控制在0.01ppm以下还能有多少额外的益处还有待证实,这仍是许多鱼友不停追求的目标。维持低浓度磷酸盐的{zh0}方法是采取几种导出磷酸盐方法的组合,比如巨藻生长后收割,使用不含过量磷酸盐的食物、蛋白质分离器、石灰水和使用磷酸盐吸附剂——特别是铁基的吸附剂(通常是褐色或黑色)。一些鱼友通过让微生物(如xx)的爆炸性生长来减少磷酸盐,我个人认为这种办法只适合经验丰富的鱼友。
氨(阿摩尼亚)
氨(NH3)是由海缸中的动物和其他一些“居民”排泄产生的。不幸的是,它对所有动物来说都是剧毒的,虽然对于有些生物——比如某些巨藻——来说是xx的,因为它们能快速地吸收之。然而,氨不仅仅对鱼类有害,甚至有些藻类——比如浮游生物Nephroselmis pyriformis,在低于0.1ppm氨的环境中也会被危害。
在一个成熟的礁岩缸中,产生的氨会立即被吸收。巨藻利用它来合成蛋白质、DNA和其它含氮的生化物质。xx也能吸收它并转换为亚硝酸盐(NO2)、硝酸盐(NO3)和氮气(N2)(耳熟能详的“氮循环”)。所有这些化合物都远没有氨毒性那么强(至少对鱼类来说如此),因此氨在通常情况下都被迅速“xx”了。
然而,在某些情况下,氨也许需要你的认真关注。在开缸的初始阶段,或是添加了新的活石、底沙,会产生大量的氨,现存的系统无法及时“xx”,在这种情况下,鱼类非常危险。氨浓度即使只有0.2ppm,对鱼类来说仍然是很危险的。在此种紧急状态下,只有立即把鱼和无脊椎动物转移到干净的水中,或是在缸中添加氨去除剂。
许多鱼友经常对氨(NH3)和它的一种被认为毒性较低的形态——铵(NH4+)——之间的区别感到迷茫。这两种形态互相转换非常迅速(每秒很多次),所以在很多场合,我们并不认为它们是不同的化学物质。它们之间的酸碱反应如下:
NH3 + H+ ßà NH4+