Proporciones N-C-P Triton

Las PROPORCIONES DE TRITON para el Acuarismo de Arrecife

Autores:  Ehsan Dashti1 | Russell Kelley2

1TRITON Applied Reef BioScience, Germany
2BYOGUIDES, Townsville, Australia


Resumen

La práctica de la conservación de arrecifes en sistemas cerrados ha mejorado significativamente desde que las precisas y accesibles pruebas ICP para el agua de los acuarios estuvieron ampliamente disponibles para los acuaristas marinos. Sin embargo, la opinión de que los sistemas de arrecifes pueden entenderse principalmente en términos del agotamiento de elementos inorgánicos ignora la compleja interacción entre la química orgánica y la biología de los sistemas de arrecifes: animales, algas, plantas, bacterias, cianobacterias y hongos.
Para hacer frente a esto, algunos han utilizado aproximaciones bioquímicas (por ejemplo, la proporción de Redfield) que se derivan del análisis del plancton en el océano abierto como una guía para el comportamiento del agua de mar en sistemas de arrecifes cerrados. En este artículo, basados en el modelado de una gran base de datos de análisis de agua de mar de acuarios de arrecife de sistemas cerrados, podemos concluir que esta suposición es errónea. En su lugar, proponemos un conjunto de proporciones de carbono, nitrógeno y fósforo (Proporciones TRITON) para su uso en sistemas de arrecifes cerrados.
Usando las pruebas de N-Doc (analizador elemental CHNS) para producir las proporciones de TRITON, ahora es posible inferir la presencia de varias especies de carbono y nitrógeno y su comportamiento en las vías metabólicas que antes no se podían medir, lo que hace posible controlar y gestionar la química del agua de mar en sistemas cerrados para aumentar estabilidad del sistema.

Introducción

Los acuaristas preocupados por el mantenimiento de sistemas de arrecifes de coral han estado conscientes desde hace mucho tiempo de la interconexión de los procesos químicos y biológicos en los que ligeras variaciones en los elementos y compuestos químicos tienen el potencial de causar respuestas biológicas o bioquímicas significativas y algunas veces indeseadas.

Asimismo, también ya está establecido que deben tenerse en cuenta las proporciones entre diferentes elementos químicos y compuestos.

Un concepto fundamental relacionado con la química orgánica del agua de mar es la proporción de Redfield, en la que se establece la proporción elemental molar de C: N: P (Carbono : Nitrógeno : Fósforo) de la mayoría del fitoplancton (106: 16: 1). A primera vista, podría parecer una buena idea igualar estas proporciones en sistemas cerrados, y muchos acuaristas comenzaron a agregar fuentes de carbono y nitrógeno sin comprender realmente la cascada de reacciones que causan o sin poder medir las especies químicas realmente involucradas.

En este artículo entregaremos por primera vez información detallada sobre las proporciones típicas (en lo sucesivo denominadas Proporciones TRITON) que se encuentran en sistemas cerrados de agua de mar bajo técnicas modernas de cría de arrecifes.

LAS PROPORCIONES TRITON

Las Proporciones TRITON son una herramienta útil de resolución de problemas para el acuarista moderno de arrecifes con acceso a pruebas de laboratorio analíticas ICP y N-Doc. Cuando se usan correctamente, permiten al acuarista mantener un equilibrio más natural de los compuestos orgánicos que se encuentran en el agua de mar, lo que conduce a una mejor comprensión y mucho mejores resultados en la crianza de corales en el acuario.

Las proporciones de TRITON son las siguientes:
• La relación entre nitrógeno y el nitrógeno en el ion nitrato ( N : NO3/N )
• La relación entre nitrógeno, carbono y fósforo* ( N : C : P )
• La relación entre carbono inorgánico y carbono orgánico ( C/i : C/o )
• La relación entre nitrógeno - carbono inorgánico - carbono orgánico - fósforo ( N: C(i) : C(o) : P )

*NOTA: el valor de fósforo utilizado en las proporciones TRITON es obtenido de una prueba ICP reciente.

Método

Se realizó una gran cantidad de análisis en el transcurso de un año en TRITON Lab utilizando un analizador elemental CHNS (N-Doc) e ICP-OES (ICP) con modificaciones patentadas por TRITON Lab para mejorar el rendimiento al trabajar con agua de mar. Se realizaron pruebas de doble muestreo N-Doc / ICP en muestras de agua de mar:

a. enviadas desde nuestra base de usuarios global de TRITON.
b. suministradas por varios Acuarios Públicos.
c. suministradas por los socios del proyecto Cairns Marine y Horniman Museum.

En el momento de redactar este documento, la base de datos de análisis se basa en 23.000 usuarios y más de 200.000 pruebas realizadas por TRITON Lab, lo que representa el mayor conjunto de datos analíticos sobre el comportamiento del agua de mar en sistemas de arrecifes cerrados jamás reunidos.

Las muestras se manipularon en condiciones de laboratorio para minimizar la contaminación. No se utilizó dilución ni acidificación y todas las muestras se analizaron dentro de los 3 días y nuevamente después de 5 días para asegurar que no hubiera cambios de carbono orgánico. Los tubos de muestra se probaron para determinar su idoneidad y el método se validó para analizar muestras sin diluir.

Los datos se ingresaron en una base de datos para calcular las proporciones TRITON (como se describe a continuación) y visualizar los resultados para compararlos. Los datos se revisaron semanalmente y se compararon con las observaciones bioquímicas del proveedor del agua de acuario.

Discusión

Nuestras pruebas han demostrado que la proporción de N : NO3/N es importante para comprender el ciclo de nutrientes del nitrógeno en los acuarios de agua de mar. Por lo general, el ciclo del nitrógeno marino, como lo entienden los acuaristas, se centra en una serie de reacciones de nitrificación mediadas por bacterias, como se muestra en la Figura 1.


Ciclo del Nitrógeno

Figura 1 Ciclo simplificado del nitrógeno como lo entiende la mayoría de los acuaristas.

Sin embargo, en realidad, otras moléculas orgánicas portadoras de nitrógeno también están en juego y se vuelven cada vez más influyentes en sistemas cerrados más pequeños. Por ejemplo: las proteínas se descomponen en aminoácidos, de ahí en Amoniaco / Amonio (NH4 / NH3), antes de llegar finalmente a Nitrato NO3 a través de las reacciones de oxidación conocidas - ver Figura 2.

Ciclo Extendido del Nitrógeno

Figura 2 Representación esquemática del ciclo extendido del nitrógeno con bucle lateral microbiano

Es importante tener en cuenta que el NH4 (ciclo medio del nitrógeno) es un nutriente más biodisponible y rico en energía para las bacterias que el NO3 al final.

En consecuencia, estas reacciones organismos / orgánicos tienen el potencial de influir en la química del agua de mar de los sistemas de arrecifes cerrados, además de la vía bacteriana de nitrificación más conocida que se mide tradicionalmente en la etapa final del NO3 utilizando kits de prueba de gotas tradicionales. De hecho, medir el NO3 por sí solo es centrarse en medir el N "sobrante" en el sistema orgánico después de que todo lo demás haya reaccionado biológicamente.

Durante mucho tiempo se ha sabido que el exceso de material orgánico conduce a altos niveles de nutrientes y problemas que involucran bacterias, cianobacterias y algas en acuarios de arrecife cerrados. Tradicionalmente, el exceso de material orgánico, como las proteínas, se ha eliminado utilizando un skimmer de proteínas. Sin embargo, la suposición de que para mantener los nutrientes "bajos" de esta manera sólo necesitamos medir el NO3 para mantener la salud del sistema es demasiado simplista. Representa solo una parte de la historia.

A pesar del uso de skimmers de proteínas, la cascada de reacciones bioquímicas que se ven en la Figura 2 continúa, en mayor o menor grado, sin ser vista y sin ser controlada ni medida por el acuarista. Es fundamental comprender que no se garantiza que estas reacciones influyan directamente en el NO3, por lo que es muy probable que un entorno rico en nutrientes no sea detectado por las pruebas de NO3.

TRITON se propuso resolver este problema mediante la realización de investigaciones destinadas a comprender las vías de los nutrientes del nitrógeno con mucho mayor detalle y modelar cómo influyeron en el comportamiento del agua de mar en sistemas cerrados utilizando nuestra gran base de datos de observaciones analíticas.

El objetivo final fue llegar a "puntos de ajuste" que permitan al acuarista mantener la óptima estabilidad del sistema para el crecimiento y la salud de los corales mientras inhiben el desarrollo de respuestas biológicas no deseadas de bacterias, cianobacterias y algas.

A partir de este trabajo fue posible derivar las proporciones de especies químicas orgánicas e inorgánicas más relevantes, típicas, y medibles de los sistemas de arrecifes saludables y estables: Así obtuvimos las proporciones de TRITON.

Nitrógeno y Nitrógeno en el ion de Nitrato ( N : NO3/N)

Proporción TRITON en moles... 1 : 3

La relación TRITON ( N — NO3 / N ) contrasta cuánto nitrógeno se une en NO3 con cuánto hay disponible de otras especies de nitrógeno. Para el acuarista, esta relación se puede utilizar para:

  • evaluar el rendimiento (tamaño o eficiencia) de los skimmers de proteínas.
  • detectar la presencia o sobreabundancia de amonio / aminoácidos debido a un control deficiente de nutrientes o una dosificación ciega de fuentes de carbono y nitrógeno.
  • comprender la causa de los brotes de productores primarios: bacterias, cianobacterias y algas.

Mantener la proporción TRITON ( N — NO3 / N ) en 1 : 3 asegura un equilibrio competitivo entre los productores primarios y mantiene a las cianobacterias "dentro de los límites" como buenos metabolizadores de nitrógeno. Una mejor comprensión de esta proporción tiene el potencial de brindar aún más control al acuarista y es un foco de investigación en curso en TRITON.

Nitrógeno. Carbono y Fósforo* ( N : C : P )

Proporción TRITON en mol... 147 : 12400 : 1

*NOTA: el valor de fósforo utilizado en las proporciones TRITON es obtenido de una prueba ICP reciente.

La "proporción de nutrientes" más conocida entre los acuaristas y la menos comprendida, especialmente en lo que respecta a la conservación de los arrecifes. Muchos acuaristas conocen la proporción de Redfield (1 Mol P: 16 Mol N: 106 Mol C; consulte la Introducción al inicio) y la utilizan como guía para los acuarios cerrados de agua de mar. Esta es una práctica desafortunada y potencialmente dañina promovida por un marketing engañoso y una mala comprensión de la ciencia en la industria de los acuarios en general.

El índice de Redfield es una medida de esteicometría derivada de los análisis de la biomasa de fitoplancton en el océano abierto, no del agua de mar en sí. Es importante destacar que no distingue entre carbono inorgánico y orgánico y no debe aplicarse al agua de mar en acuarios de arrecife de sistema cerrado, ya que proporcionaría un punto de ajuste de alrededor de 0,24 mg para el carbono inorgánico, lo que resulta 117 veces menos que en el agua de mar de arrecife. Del mismo modo, si se aplica al carbono orgánico, arrojaría valores aproximadamente 10 veces menores que en el agua de mar de arrecife.

Los valores de Redfield para el nitrógeno y el fósforo también deben ser reevaluados, ya que a menudo se encuentran en marcada variación con entornos con bajos nutrientes, como los arrecifes de coral.

Sin embargo, en los acuarios de arrecife no es necesario equilibrar la absorción de estos nutrientes, ya que tanto el nitrógeno como el fosfato pueden exportarse discretamente desde el sistema del acuario utilizando desnitrificación, skimmers o removedores de fosfato.

Utilizando un analizador elemental CHNS modificado, TRITON realizó análisis en muestras de sistemas cerrados de agua de mar suministrados por acuaristas de todo el mundo para determinar la relación de punto de ajuste adecuada para N-C-P en sistemas de agua de mar de arrecifes cerrados. Esta proporción es un gran avance en la comprensión moderna de la conservación de arrecifes.

Mantener la relación TRITON para N-C-P es la base de la química del agua equilibrada en el mantenimiento de los arrecifes y es fundamental para hacer que un acuario se vea bien. La desviación de esta proporción es desfavorable para el crecimiento y la salud de los corales y, en última instancia, puede provocar problemas con las bacterias / cianobacterias, incluso cuando otras medidas de la química (por ejemplo, el análisis de ICP) son buenas.

Carbono Inorgánico y Orgánico ( C/i : C/o )

Proporción TRITON en mol... 9 : 1

Esta nueva proporción resultará desconocida para los acuaristas de arrecife porque hasta ahora no ha sido posible para ellos testear el carbono orgánico e inorgánico por separado. Las pruebas N-DOC proporcionan una nueva visión en alta resolución para comprender el comportamiento del carbono en los acuarios de arrecife.

El propósito principal de esta relación es medir el impacto de la suplementación con carbono inorgánico proporcionando una medida de la eficacia con la que se metaboliza.

Los valores deben mantenerse en equilibrio, ya que la suplementación con carbono inorgánico es un parámetro muy importante, si no el más importante, en la conservación de los arrecifes. No solo entrega los iones de carbonato necesarios para la formación de esqueletos en corales pétreos, caracoles y almejas, sino también CO2 (como H2CO3) para la fotosíntesis.

Nitrógeno, Carbono Inorgánico, Carbono Orgánico y Fósforo* ( P : C(i) : C(o) : N )

Proporción TRITON en mol... 1 : 11150 : 1250 : 147

*NOTA: el valor de fósforo utilizado en las proporciones TRITON es obtenido de una prueba ICP reciente.

Esta relación TRITON es una medida optimizada para sistemas de arrecifes cerrados. Una vez más, es una adecuación con los valores del mundo natural que se sabe que varían con la latitud, la profundidad e incluso la época del año.

Esta relación nuevamente aprovecha la capacidad de las pruebas N-DOC para diferenciar entre las formas inorgánicas y orgánicas de carbono, lo que proporciona una poderosa herramienta para resolver problemas específicos como el crecimiento y la coloración deficiente de los corales.

Por ejemplo, si C(o) y C(i) son bajos pero N y P son altos, entonces suplementar un metal alcalinotérreo y una sal de carbono orgánico como el acetato de calcio puede resolver el desequilibrio al reducir los nutrientes debido a la metabolización del acetato y aumentar la C(i) a partir de H2CO3 formado a partir de CO2.
Nota: este no sería el caso si C(o) es alto, ya que esto también puede causar problemas.

Conseguir y mantener las PROPORCIONES TRITON

Basado en las variaciones típicas que vemos en nuestras pruebas de agua de mar N-Doc, TRITON APPLIED REEF BIOSCIENCE ha desarrollado suplementos para ayudar a los acuaristas a lograr y mantener las proporciones de TRITON. Las sugerencias de suplementos necesarios acompañan todos los resultados de su prueba y la dosificación se adapta específicamente al tamaño y tipo acuario.

Conclusión

Con la llegada de las pruebas N-Doc, el acuarista finalmente tiene acceso a una forma rentable de detectar y medir la presencia de especies químicas orgánicas claves en el sistema de mantenimiento de arrecifes. El desarrollo de las Proporciones TRITON ofrece un nuevo y poderoso marco de comprensión para mantener las condiciones óptimas para el crecimiento y la salud de los corales al tiempo que inhibe las interacciones indeseables entre nutrientes, bacterias, cianobacterias y algas en sistemas cerrados.

Las Proporciones TRITON ponen en evidencia vías de nutrientes que hasta ahora no eran medidas y por ende incomprendidas. Y junto con las pruebas de ICP, permiten al acuarista moderno ser parte de una nueva era de mantenimiento de arrecifes de alta resolución, informado y basado en la ciencia.