Фосфаты (PO43-)


Фосфор в природных водах находится в растворённом состоянии в виде солей фосфорной кислоты (фосфатов). Наличие их в воде в концентрации 0,3-0,6 мг/л (при температуре 28оС) способствует более полному использованию липидов в энергетических процессах, снижая участие белков в них, т.е. приводит к сохранению и накоплению последних в тканях рыб [Кулик, Чиркина, 1986]. Химические реакции, в которые вступает фосфор, зависят от рН среды, а его активность очень непостоянна [Уитон, 1985].

В круговороте фосфора заметную роль играют фосфорные бактерии, переводящие нерастворимые в воде минеральные и органические соединения в растворимые [Бессонов, Привезенцев, 1987]. При нормально работающей системе биологической очистки воды вредное для рыбы количество фосфатов в воде УЗВ не накапливается [Новоженин и др., 1985].
В водах морей и океанов фосфор присутствует как в растворенном состоянии, так и в составе взвешенных веществ, в том числе в живых организмах. Исключая поверхностные воды эвфотического слоя, в океане количественно преобладает растворенный минеральный фосфор. Основная масса растворенного минерального фосфора в водах Мирового океана представлена ортофосфатами, среди которых преобладают мономерные формы (>99%) [Савенко, 1992]. В Мировом океане концентрация фосфатов существенно варьирует в зависимости от региона, а также в зависимости от времени суток и глубины. Поверхностные воды значительно беднее на ортофосфаты в сравнение с глубоководными участками [Алекин, Ляхин, 1984; Савенко, Савенко, 2007]. Основные усилия исследователей, работающих над проблемой содержания фосфатов в оборотной воде замкнутых систем, направлены на повышение биодоступности фосфора, содержащегося в корме [Barak, Jaap
van Rijn, 2000]. Большинство организаций аквакультуры в Европейском союзе не применяют систем, снижающих уровень фосфатов. По этой причине в замкнутых рыбоводных системах со временем накапливается достаточно большое количество фосфора [Martins et al., 2009]. Низкая эффективность и нерентабельность удаления фосфата – одни из самых серьёзных барьеров для введения систем удаления этого вещества. Контроль и регулирование содержания фосфатов осуществляется одним из перечисленных ниже методов или несколькими одновременно: - оптимизация кормов по содержанию в них фосфора; - быстрое удаление твердых частиц загрязнения из воды (чтобы предотвратить выделение из них фосфора в воду); - применение дефосфатных установок (на данный момент классическое химическое хлопьеобразование (дефосфатация) хорошо изучено только в пресноводных системах [Kamstra et al., 2001]); - мультитрофическая аквакультура (преобразование фосфора в другие соединения с помощью живых организмов) [Metaxa et al., 2006; Muangkeow et al., 2007]. Поскольку в будущем ожидается нехватка фосфоросодержащих ресурсов, последующее использование побочного фосфора аквакультуры, создание замкнутых систем, не расходующих фосфор впустую, должно стать важной задачей. Когда предприятие аквакультуры кооперируется с растениеводческим, есть возможность создать систему, в которой вещества корма потребляются максимально полно: гидробионты потребляют корм, а растения – продукты жизнедеятельности гидробионтов, используя их (в частности фосфат) для построения своего тела [Martinsa et al., 2010]. Основной источник фосфатов в замкнутых системах – это корм для рыб, который содержит в среднем 1,0-1,5% фосфатов (по массе). Фосфаты попадают в систему как с несъеденными частицами корма, так и с экскрементами рыб. В слабопроточных и полузамкнутых системах фосфаты удаляются так же, как и нитраты, путем регулярных подмен воды, что тоже затратно для океанариумов, расположенных вдали от морских акваторий.
При концентрациях фосфатов ниже 0,03 мг/л скорость роста многих видов фитопланктона начинает зависеть от их концентрации (при условии, что другие факторы, такие как азот или железо, не сдерживают скорость роста). При более высоких концентрациях скорость роста многих организмов теряет эту зависимость. Таким образом, для ограничения роста нежелательных водорослей за счет снижения уровня фосфата, необходимо поддерживать концентрацию последнего на низких значениях [Kinsey, et al., 1979].
Отдельные части некоторых морских организмов сильно обогащены фосфором. Например, в чешуе и костях рыб содержание фосфора достигает 6–16%; в трубках полихет, панцирях стоматопод и амфипод – 9–10% [Батурин, 1978]. В целом для фито- и зоопланктона, составляющих основную часть биомассы океана, среднее содержание фосфора и величина атомного отношения С/Р оцениваются соответственно в 0,9–1,0% и 103±13. Средняя для всего планктона величина атомного отношения C : N : P составляет 106 : 16 : 1 [Redfield, 1958]. В соответствии с этим реакция окисления органического вещества Мирового океана обычно записывается в виде уравнения Редфилда:
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2 = 106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4
Из этого уравнения следует, что при окислении органического вещества молекулярным кислородом происходит образование растворенных нитратов и фосфатов в атомном соотношении 16:1, и, наоборот, при синтезе органического вещества нитраты и фосфаты изымаются из раствора в тех же пропорциях [Савенко, Савенко, 2007].