总有机碳（TOC）与珊瑚缸：一个初步的调查（第2部分）

宾夕法尼亚州立大学，化学系

作者：Ken S. Feldman, Kelly M. Maers

原文：http://www.advancedaquarist.com/2008/9/aafeature2

 

调查不同条件下的珊瑚缸的TOC水平

    对取自6个管理手段不同的珊瑚缸的水样进行TOC水平的测量。为了统一实验条件，水样的获取分别是在：1）喂食后的0.5~2小时里，2）喂食后的10~12小时里，3）喂食后20~24小时里。缸里的关键参数、缸的特点以及管理习惯都与测出的TOC水平一起详细列出来。总的来说所有珊瑚缸都表现得很健康，活石生机勃勃、情况稳定。

1、500加仑珊瑚缸

图9：500加仑缸的全貌

  系统容量：550加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：无

  例行添加剂：无

  沙床：0.5~2英寸

  蛋分：DIY下压式

  活性炭：2杯

  换水：双周10%

  钙反应器：DIY

  生物：鱼（>30条）、硬珊瑚、软珊瑚、螺、海星、海参、虾、活石

  喂食方案：2茶匙冷冻肉类食物，2次/日

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	0.5	0.94 ± 0.07
2	1	1.31 ± 0.09
3	1.5	1.24 ± 0.05
4	10	1.41 ± 0.10
5	14.25	1.13 ± 0.02
6	20	1.46 ± 0.09
7	24	1.10 ± 0.20

 

 

2、55加仑珊瑚缸

图10：55加仑珊瑚缸全貌

  系统容量：55加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：无

  例行添加剂：无

  沙床：无

  蛋分：无

  活性炭：1杯

  换水：很少

  钙反应器：无

  生物：鱼（7条，共约16英寸长）、软珊瑚、海星、海参、活石

  喂食方案：3/4茶匙冷冻肉类食物，1次/日

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	1	0.71 ± 0.04
2	10	0.69 ± 0.05
3	20	0.59 ± 0.05

 

3、29加仑珊瑚缸

图11：全貌

  系统容量：29加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：无

  例行添加剂：无

  沙床：无

  蛋分：无

  活性炭：无

  换水：很少

  钙反应器：无

  生物：鱼（4条，共约9英寸长）、软珊瑚、海星、虾、活石

  喂食方案：1/2茶匙冷冻肉类食物，1次/日

  无机营养盐水平：[NH4]<0.25ppm（测试极限），[NO3]50ppm，[NO2]=2ppm，[Ca] = 405 ppm, [Mg] = 1365 ppm, [alk] = 2.40 meq/L (Salifert); [PO4] > 0.43 ppm (Merck测试极限)

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	1.5	5.5 ± 0.2
2	10	5.4 ± 0.5
3	20	5.9 ± 0.3

 

4、30加仑珊瑚缸

图12：全貌

  系统容量：30加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：无

  例行添加剂：无

  沙床：无

  蛋分：Aqua C Romora

  活性炭：有

  换水：17%/周

  钙反应器：无

  生物：硬珊瑚、虾、螺

  喂食方案：1/2茶匙Phytofeast、1/2茶匙Rotifeast，1次/日

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	1	1.63 ± 0.03
2	9	1.44 ± 0.06
3	24	1.20 ± 0.03

 

5、250加仑珊瑚缸

图13：全貌

  系统容量：370加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：有

  例行添加剂：无

  沙床：2英寸

  蛋分：Aquamedic

  活性炭：有

  换水：10%/双周

  钙反应器：有

  生物：鱼（22条，约75英寸长）、硬珊瑚、软珊瑚、活石、蟹、螺、cukes、海星

  喂食方案：1茶匙肉类食物、1茶匙薄片、1/16茶匙pellet、4 sq inches nori，2~3次/日

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	1	0.65 ± 0.01
2	11	0.62 ± 0.3
3	24	0.63 ± 0.02

 

6、500加仑珊瑚缸

图14：全貌

  系统容量：600加仑；

  海盐：Instant Ocean

  藻缸：有

  例行添加剂：Ca、Mg

  沙床：2英寸

  蛋分：ETSS 1200

  活性炭：有

  换水：7%/周

  钙反应器：有

  生物：鱼（约60条，约140英寸长）、硬珊瑚、软珊瑚、活石、蟹、螺、cukes、海星

  喂食方案：3茶匙肉类食物、1茶匙薄片、1/16茶匙pellet、4 sq inches nori，1次/日

  TOC浓度表：

 

序号	喂食之后的时间(小时)	TOC(ppm)
1	1	1.10 ± 0.01
2	11	1.01 ± 0.02
3	24	0.97 ± 0.01

 

 

    在这个研究中，7个缸里有4个（作者的缸以及1号、5号和6号）是符合柏林系统的珊瑚缸：沙床、活石、蛋分、活性炭。这几个缸里都有多种生物包括鱼、珊瑚、螺以及其它的各种无脊椎动物。有趣的是，所有“标注模式”的缸表现出来的TOC水平都分布在健康旺盛的自然珊瑚礁的TOC水平范围之内：0.7到1.4ppm。另外的3个成功的鱼缸则缺少一到多种“标准模式”的构成要素，这些非典型缸的TOC水平在自然珊瑚礁的TOC范围之外，或者完全背离该范围。比如，4号缸没有沙子和活石，但是使用了蛋分和活性炭，没有鱼，生物只有硬珊瑚断枝和几个螺、虾。我们猜测的细菌藏身之地（沙子、石头）就没有了，只有很少的珊瑚体可以容纳细菌。这个缸的TOC（约1.2到1.6ppm）在自然珊瑚礁TOC范围的上限，甚至超过了这个范围。但是珊瑚断枝好像已经适应了这个环境，表现得也很旺盛。2号缸没有沙子和蛋分，但是有大量的活石，有几条鱼、几大株养熟了的软珊瑚，一只在用活性炭。这个缸的TOC水平（约0.7ppm）在自然珊瑚礁TOC范围的下限。3号缸是所有缸里最粗糙的，没有使用净水设备（蛋分和活性炭），有几块活石，没有沙子。尽管怎样，鱼和珊瑚也有很好的状态。这个缸里的TOC特别高（>5ppm），硝酸盐和磷酸盐的浓度也很大。看起来净水设备的缺乏通过高含量的TOC、硝酸盐与磷酸盐表现出来了，尽管如此，生物似乎已经适应了这种条件。这有点颠覆理论，从图5和图6引出的讨论中提到过，也许蛋分对去除TOC/净化水质没有太多贡献。2号缸没有蛋分但它的TOC水平相当低的现象也支持了这种看法。那么，怎么区分2号缸和同样没有蛋分但TOC很高的3号缸？这两个缸都没有沙床，有同样多的鱼以及珊瑚/无脊椎动物。它们的一个明显不同在于活性炭的应用。低TOC的缸（2号）使用活性炭净水过滤，而高TOC的缸（3号）没有使用。活性炭对TOC能产生如此明显的作用而蛋分却几乎没有效果吗？这个疑问以及相应的话题目前正在研究之中，不久的将来会发布结果。

 

结论

    珊瑚礁已经被看作海洋沙漠中的自动化生物生产系统。贫营养的环境只能为珊瑚礁生物提供很少的养分。因此，珊瑚礁用复杂的营养循环网络来实现氮、碳等重要元素的保存和利用。珊瑚礁的碳循环是非常多面的，正在开始被认识。对这个目标来说，DOC的可靠测量是重要的，Shimadzu的TOC分析仪的引入，对研究能力来说是个很大的突破。在旺盛的珊瑚礁上，大部分碳输入都源自CO2，通过光合作用把CO2固定成碳水化合物，然后形成大量的其它有机细胞。这种碳的很大部分是由珊瑚粘膜层中的虫黄藻制造。珊瑚的贡献明显地充实了DOC储备。DOC是大量珊瑚礁微生物的主要食物，包括生活在珊瑚体内、水中以及浮游生物体内的细菌。这些微植物和微动物最终成为各种滤食生物包括珊瑚的食物。这样，珊瑚礁生物之间的依赖关系，包括大生物和小生物，通过碳基营养物的循环展现出来。贫营养的海洋环境有缓冲作用，可以吸收多余的营养物以防止对珊瑚礁居民造成伤害，根据相对浓度（珊瑚礁与海洋）的情况，通过输入和输出来调节溶解有机物的水平。我们的珊瑚缸远远缺乏这种营养物交易模式，也没有海洋稀释废物的作用，只能依靠换水来实现这种重要功能。也不清楚我们的珊瑚缸要完成珊瑚礁所需的营养物有效循环是否具备所有的要素并且比例合适。不管怎样，我们正在做的事情看上去是好使的，至少在大部分时间里如此。但是当事情出错时会发生什么？Rohwer的研究证实DOC失衡会导致珊瑚死亡，失控的细菌增殖可能是诱因。这些观察结果能提醒鱼友吗？有什么手段可以改善此问题呢？第一步是建立起不同管理手段下健康珊瑚缸所具有的TOC范围的基准。本文呈现的数据实现了这个目标，并把这些数据与自然界健康珊瑚礁的情况作了对比。而且，揭示了蛋分对TOC水平没有什么影响这个让人惊奇的事实。有一点是很明确的：如果能从监控TOC来分析蛋分效果，那么就可以通过监测TOC来评价不同型号的蛋分对实验缸的影响。另外，2号和3号缸的对比提示我们，这种实验可以更直接、更量化地测试活性炭在去除TOC方面的能力。这种实验第一次允许我们对蛋分和活性炭进行量化评估，而不再受到海水界那些天花乱坠的消息的影响。这些实验还在进行中，过一段时间会再次报告结果。

    最后，对寻求阻止珊瑚死亡这种意外事件的处理方案来说，收集“病态”珊瑚缸的数据可能比这个实验中研究的健康珊瑚缸更有用处。如果正在承受损失珊瑚的缸中TOC超高或超低而水质参数却可以接受，那么一种新的但不受待见的方法可以使用。在这种情况下，鱼友该怎么做呢？Feeier-Page在Galaxea食物实验中的经验可以参考，用青霉素、链霉素和两性霉素组成的复合抗生素来治疗珊瑚，细菌吸收DOC导致细菌过量引起的珊瑚死亡就可以终止。