|
วัฏจักร ฟอสฟอรัส
ฟอสฟอรัส เป็นแร่ธาตุสำคัญชนิดหนึ่ง ที่มีทั้งประโยชน์และโทษ
สำหรับตู้เลี้ยงปะการัง
ฟอสฟอรัส เป็นแร่ธาตุที่เป็นองค์ประกอบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
เราสามารถพบฟอสฟอรัสได้ ใน โมเลกุลพลังงานระดับเซล
และโมเลกุลที่สำหรับถ่ายทอดพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ยกตัวอย่างเช่น
สิ่งมีชีวิต เก็บสะสมพลังงานที่สะสมไว้ในรูปของ ATP ( Adenosine
Tri Phosphate ) โดยมาจากการเปลี่ยน ADP ( Adenosine
Di Phosphate ) ที่เป็นสารที่มีฟอสฟอรัส 2 โมเลกุล มาเป็น ATP
ที่มีฟอสฟอรัส 3 โมเลกุล โดยอาศัย พลังงานการขนส่งอิเล็คตรอน
ที่ได้มาจากการย่อยอาหารระดับเซล ส่วนฟอสฟอรัส ที่เป็นสารพันธุกรรม
ก็คือ เป็นสาร base ในโมเลกุลของ DNA นั่นเอง
นอกจากนี้ฟอสฟอรัส ยังประกอบเป็นสารอินทรีย์อื่น ๆ อีกมาก
ฟอสฟอรัส เป็นหนึ่งในปัจจัยที่ทำให้พืชเจริญเติบโตได้ ดี (
ทุกท่านคงจำสูตรปุ๋ย พืช วิทยาศาสตร์ ได้ ก็คือ N- P - K และฟอสฟอรัส
ก็คือ
ตัว P ตรงกลางนี่แหละ ) สามารถทำให้กระตุ้นการงอกราก และการออกดอกในพืช
ขณะเดียวกัน พวกสาหร่ายทะเล ก็สามารถดูดฟอสฟอรัส
และเจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็ว
ฟอสฟอรัสอนินทรีย์ ที่ละลายในน้ำ มักจะจับตัวกันเป็นรูป ฟอสเฟต
หรือPO4 3- and HPO4 2-. สามารถจับตัวกับ แคลเซียมอิออนในน้ำ
กับ สารประกอบคาร์บอเนต
ทำให้เกิด ตะกอนของ Hydroxyapatite หรือ Ca(HPO4)2 ที่ไม่ละลายน้ำ
อยู่ตามพื้นทะเล รวมทั้งสามารถจับกับ หินปูนแคลเซียมคาร์บอเนต
ในรูปของ
อรากอไนท์ ( Aragonite ) ทำให้เกิดการยับยั้งการสร้างหินปูนสำหรับปะการัง
ร่วมกับการทำลายปะการังของพิษจากตะไคร่ เป็นเหตุให้ปะการังเสื่อมโทรม
นอกจากนี้ ฟอสฟอรัสยังสามารถจับกับ Al อลูมิเนียม Fe เหล็ก ได้อีกด้วย
ตะกอน Hydroxyapatite เมื่อจับตัวกันมาก ๆ จะกลายเป็นหินขนาดใหญ่
ที่เรียกว่า Phosphate Rock ตามธรรมชาติ หินนี้จะเคลื่อนตัวขึ้นมาสู่บนดิน
ด้วยเหตุต่าง ๆ เช่น แผ่นดินยกตัว แต่บางครั้ง Hydroxyapatite
ก็ละลายกลับเข้าสู่ระบบนิเวศน์ธรรมชาติใหม่ ผ่านทางการย่อยสลายโดยไม่ใช้ออกซิเจน
ทำให้
สภาพแวดล้อมบริเวณนั้นเกิดเป็นกรดแรง และจะเกิดการละลาย Hydroxyapatite
ที่พื้นทะเลขึ้นมาได้
ทำไมเราต้องรู้จักกับฟอสฟอรัส ในการเลี้ยงตู้ทะเล
เนื่องจากว่า นักเลี้ยงตู้ทะเลหลายต่อหลายท่าน ทั่วโลก ที่ผ่านการเลี้ยงมาระดับพอสมควร
จะเลี้ยงสัตว์ต่าง ๆ ได้เป็นอย่างดี จนถึงเวลาหนึ่งอาจเป็นเดือน
เป็นปี หรือ
ราว ๆ ภายใน 3 ปีแรก จะพบว่า ตู้จะออกอาการ ที่ไม่ค่อยจะดี เรียกว่า
Old Tank Syndrome และฟอสฟอรัสส่วนเกิน ที่ละลายในน้ำ ก็เป็นสาเหตุหนึ่งของ
Old Tank Syndrome
เช่นเดียวกัน
อย่างที่กล่าวข้างต้น ฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบหนึ่งในสิ่งมีชีวิต
ขณะเดียวกัน ก็เป็นองค์ประกอบที่ปะการังต้องใช้เช่นเดียวกัน
ปะการัง ที่สร้างแคลเซียม กลับชอบฟอสฟอรัส
ที่มีปริมาณจำกัดมาก ๆ จึงจะสามารถเจริญเติบโตได้ดี แต่ปะการังอ่อนหลายชนิด
สามารถทนฟอสฟอรัสที่มีปริมาณสูงกว่าได้ และ ปลาก็ทนฟอสฟอรัสหรือรูปฟอสเฟต
ที่มีปริมาณ
สูงกว่าได้เช่นเดียวกัน และอาหารหรือน้ำประปาที่เราใช้เติมตู้ปลา
มักมีฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบไม่มากก็น้อย นักเลี้ยงตู้ทะเลจึงควรคอยคำนึงถึงปริมาณการนำเข้าฟอสฟอรัส
( Import ) และปริมาณการนำออกของฟอสเฟต ( Export ) ให้อยู่ในระดับสมดุลย์
เสมอ ๆ ไม่เช่นนั้น สักวัน ตู้ทะเลของนักเลี้ยง ก็จะพบกับวันที่เสื่อมโทรมเข้าจนได้
ปัจจัยที่ทำให้วัฏจักรฟอสเฟตมีความสมบูรณ์ที่สุด กลับจะอยู่ที่
การโยกย้ายเชิงกล มากกว่าอย่างอื่น ยกตัวอย่างเช่น การเลื่อนตัวของชั้นแผ่นดิน
การประทุของ
ภูเขาไฟ การยกตัวของแผ่นดิน เนื่องจากฟอสเฟตเป็นสารอาหารที่มีเวลาหมุนเวียนในผืนดิน
2000 ปี ในตะกอนใต้น้ำทะเล 200 ล้านปี อยู่ในสิ่งมีชีวิตบนบก
ถึง 47.2 ปี หมายความว่า จริง ๆ แล้วฟอสเฟต เป็นธาตุอาหารที่กำจัดออกจากระบบขนาดเล็กยากกว่า
ไนโตรเจน เนื่องจากฟอสฟอรัสไม่ค่อยจะเปลี่ยนเป็นสถานะแก็ส
เหมือนไนโตรเจน
ดังนั้น สิ่งที่เราไม่อาจฝืนความเป็นจริงของธรรมชาติได้ก็คือ
เรื่องฟอสเฟตที่คงคั่งค้างในระบบ
หากถามว่า ทำไมฟอสเฟตในทะเลไม่ทำอันตรายแนวปะการังทั้ง ๆ ที่มันคงค้างอยู่ในธรรมชาติ
ด้วยปริมาณมากมายมหาศาล
คงจะมีคำตอบด้วยเหตุผลใหญ่ ๆ ดังนี้
- ฟอสเฟตที่อยู่ในพื้นทะเล ไม่ค่อยจะละลายออกมาในน้ำมากนัก
หมายความว่า ฟอสเฟตเหล่านี้ อยู่ในรูป
ค่อนข้างเสถียร อาจเป็นรูปตะกอนไฮดรอกซี่อพาไทต์ หรือ อื่น
ๆ ก็ตามแต่ ขณะเดียวกัน ความเป็นกรดเป็น
ด่างของน้ำทะเลทำให้ฟอสเฟตเกิดการละลายออกมาไม่มาก
- ฟอสเฟตที่ผ่านการละลายออกมาจากชั้นพื้นตะกอน ในปริมาณไม่มาก
จะถูกพัดออกไปจากแนวปะการัง
หากสังเกตดี ๆ แนวปะการังส่วนใหญ่จะขึ้นห่างจากบริเวณพื้นโคลน
หรือ อย่างน้อยที่สุด ก็ขึ้นกับโขดหิน
ที่ไม่ติดพื้น เพราะพื้นทะเลเป็นจุดที่ฟอสเฟตคั่งค้างจำนวนมาก
และตะกอนที่มีฟอสเฟตประกอบอยู่ด้วยนั้น
จะถูกพัดพาออกไป ผ่านการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำขึ้น-น้ำลง
ทำให้น้ำในแนวปะการังมีฟอสเฟตในปริมาณ
ไม่มาก
- ฟอสเฟตจำนวนเล็กน้อยที่คงค้างในแนวปะการังจะถูกสิ่งมีชีวิตจำพวกสาหร่ายและแพลงตอนพืช
หรือ อื่น ๆ
ดูดซับเข้ามาในเนื้อเยื่อเข้าสู่วัฏจักรสารอาหารต่อไป ขณะที่ฟอสเฟตที่เหลืออยู่อีกปริมาณไม่มาก
จะจับกับแคลเซียม
ที่มีปริมาณสูงกว่าน้ำทะเลทั่วไปในแนวปะการังกลายเป็นตะกอนฟอสเฟตอีกที
- ฟอสเฟตที่ถูกพัดออกจากแนวปะการัง เข้าสู่ทะเลเปิด จะกลายเป็นแหล่งอาหารของแพลงตอนพืชใน
Open ocean
และแพลงตอนพืชจะถูกพัดกลับเข้ามาเป็นอาหารสำหรับแนวปะการังใหม่
ซึ่งกระบวนการนี้ต้องใช้เวลา ประมาณ
48 วัน ( เวลาขนาดนี้ตู้ทะเลจะยอมรับไม่ได้ เพราะปะการังจะตายก่อน
) และที่เหลือจะตกตะกอนใต้พื้นทะเลต่อไป
- ฟอสเฟตที่ตกตะกอนใต้พื้นทะเล จะกลับมาสู่บนบกผ่านการนำออกของมนุษย์
หรือ ธรรมชาติ เช่น แผ่นดินยกตัวหรือ
ภูเขาไฟ
หากทุกท่านสังเกตให้ดี ฟอสเฟตในทะเลก็สามารถละลายออกมาในน้ำทะเลได้
และกลับกลายเป็นตะกอนได้
ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ฟอสเฟตกลับคืนสู่น้ำทะเล ก็คือ การย่อยสลายของแบคทีเรีย
และ ความสามารถในการละลาย
ดังนั้น ในสภาวะไร้ออกซิเจน ( anaerobic filtration ) จะมีกรดเกิดขึ้นและละลายฟอสเฟตออกมาเป็นจำนวนมาก
ขณะที่แคลเซียมและคาร์บอเนตในน้ำทะเลจะเป็นตัวช่วยยับยั้งฟอสเฟตไม่ให้แนวปะการังเสื่อมโทรม
ดังนั้น แนวปะการัง
จึงมีขีดจำกัดของการรับฟอสเฟต ที่ปริมาณแคลเซียมทั้งหมดที่หมุนเวียนในระบบ
นั่นก็คือ ปะการังชนิดสร้างโครงร่าง
หินปูน ( Hermatypic Coral ) สร้างแคลเซียม และแคลเซียมที่เกิดจาการสร้างเหล่านี้
เมื่อย่อยสลาย จะเป็นแคลเซียม
อิออนในน้ำที่ช่วยปกป้องปะการังอีกที คือ "ปะการังสร้างแนวปะการัง
ส่วนซากปะการังจะปกป้องแนวปะการัง"
ความรู้อันนี้จึงพัฒนามาสู่การเลี้ยงตู้ทะเล นั่นคือ
"การควบคุมปริมาณฟอสเฟตในตู้ทะเล"
ทีนี้มาดูวัฏจักรฟอสเฟต ในตู้เลี้ยงปลาทะเลกันบ้าง
เริ่มจากพื้นฐานของวัฏจักร ณ จุด ๆ หนึ่งก่อน คือ
การนำเข้า
การแปรรูป ( Processing / Metabolism )
การขนถ่ายออก ( Export )
การนำฟอสเฟตเข้าในตู้ทะเลเป็นเรื่องง่าย
เพียงแค่นักเลี้ยงนำสิ่งมีชีวิตหรือ อาหารใส่ลงไป ก็ทำให้ฟอสฟอรัสในตู้เพิ่มขึ้นได้แล้ว
หินเป็น หรือ ซากสิ่งมีชีวิตที่ตายลง จะเป็นการปลดปล่อยฟอสเฟต
เข้าสู่ในตู้เลี้ยง
หรือน้ำประปาที่นักเลี้ยงใช้ ก็จะมีฟอสเฟต ค้างอยู่ในน้ำประปาแล้ว
หากนักเลี้ยงไม่ทำการ
บำบัดน้ำให้ปราศจากฟอสเฟตจริง ๆ ( ซึ่งในทางปฏิบัติทำได้ยาก
และไม่ได้ผล 100% )
ก็ไม่สามารถหยุดการเพิ่มของฟอสเฟตในตู้เลี้ยงได้
สารเคมีที่มีฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบต่าง ๆ ถ่านคาร์บอนที่มาจากต้นไม้เผา
ก็ประกอบไปด้วยฟอสเฟต
ดังนั้น เราไม่สามารถยืนยันได้ว่า ตู้เราจะสมดุลย์เสมอ ถ้าเรายังให้อาหารปลาอยู่
(รูปยังไม่สวยครับ ยังไม่มีเวลาวาด รอรูปเต็มอีกหน่อยครับ )
ฟอสฟอรัสที่เข้าไปในระบบ แรก ๆ จะเป็นรูปฟอสเฟตที่แฝงในสิ่งมีชีวิต
เช่น
กระดูก , ATP ( สารให้พลังงานของเซล) , DNA Base ( A,T,C,G)
อื่นๆ
เราเรียก รวม ๆ ว่าเป็น Phosphate in Biota ผมขอแทนด้วย P(B)
ต่อมาเมื่อสิ่งมีชีวิตตายลง P(B) เหล่านี้จะถูกย่อยสลายโดยการกินของสิ่งมีชีวิต
อื่น ๆ ทั้ง ผู้ล่า Predator , สัตว์กินซาก Scavenger , สัตว์กินตะกอน
Detrivores,
หรือกระทั้งแบคทีเรีย Bacteria ทำให้ฟอสเฟต แปรรูปส่วนหนึ่ง
ประมาณ 10 % เป็นเนื้อเยื่อ
ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ และที่เหลือ ก็กลายเป็นของเสีย จากก้อนใหญ่
(สิ่งมีชีวิตเป็นตัว ๆ ) ก็เล็กลงเรื่อย ๆ
(ตะกอนจากแบคทีเรีย )กลายเป็น POC หรือ Phosphate Contained
Organic Compound
และกลายเป็นฟอสเฟตที่ละลายออกมาในน้ำในรูป DOP หรือ Dissolved
Organic Phosphate
ขณะที่บางส่วนจากรูป DOP จะเปลี่ยนกลายเป็นรูป DIP หรือ Dissolved
Inorganic Phosphate
หรือ ฟอสเฟตอนินทรีย์ ซึ่งพืชและแพลงตอนสามารถดึงไปใช้เป็นองค์ประกอบในเนื้อเยื่อเข้าสู่วัฏจักรห่วงโซ่
อาหารต่อไป และหากมีปริมาณ แคลเซียมและคาร์บอเนตเพียงพอ รวมทั้งมี
pH ระดับสูง ฟอสเฟตที่จะละลาย
ออกมาก็จะละลายน้อยลง และจับตัวเป็น Ca(HPO4) ตกค้างในระบบต่อไป
จากการศึกษาในแนวปะการังปกติ อัตราส่วนการดึงฟอสเฟตPO4-P มาใช้จากน้ำ
(Ac) และการปล่อยคืนสู่น้ำ (Ae) คือ 0.1 - 0.3 ต่อไมโครโมล
ของฟอสเฟต ที่น้ำมีความขุ่นเล็กน้อย อัตราการหมุนเวียนแตกต่างกันระหว่างบริเวณโขดปะการัง
กับ แนวกองหินซากปะการัง ตั้งแต่
10 - 70 ไมโครกรัมฟอสเฟต / กิโล - ชั่วโมง หรือวันละ 3 - 10
มิลลิกรัมฟอสเฟตต่อตารางเมตรต่อวัน และในทรายแนวปะการังตั้งแต่
10 - 30 ไมโครกรัมฟอสเฟต/kg-h หรือ 2 - 7 มิลลิกรัมฟอสเฟตต่อตารางเมตรต่อวัน
จากอัตราส่วนการดูดซับฟอสเฟตไปใช้จะน้อยกว่าการคายฟอสเฟต
ออกมา ซึ่งผลรวมต่อปริมาณฟอสเฟตในระบบกลับจะเพิ่มขึ้น
ทำให้เราสามารถคาดเดาไว้ได้ว่า ตราบใดที่เราเลี้ยงตู้ปลาทะเลอยู่
การควบคุมปริมาณฟอสเฟต
โดยการดูแลบ่อย ๆ ก็ยังเป็นสิ่งสำคัญ
เมื่อนำฟอตเฟตเข้าสู่ระบบ และฟอสเฟตจำนวนมากแปรเปลี่ยนเป็นรูป
CaHPO4 หรือ Hydroxyapatite และเกิดการทับถมเป็นปริมาณมาก แบคทีเรียที่
ทำการย่อยสลายโดยไม่ใช้ออกซิเจนหรือ anaerobic จะเจริญเติบโตภายใต้การทับถม
และทำให้ pH บริเวณนั้นต่ำลง
จนฟอสเฟตจาก Hydroxyapatite สามารถละลายกลับเข้าสู่ระบบได้ เป็น
1 ในปัจจัยปัญหาของ Old Tank Syndrome ซึ่ง
สามารถแก้ไขได้โดยการนำตะกอนทับถมเหล่านี้ออกจากระบบเสีย
สาหร่ายและพืชก็สามารถดึงฟอสเฟตไปใช้ได้เช่นเดียวกัน และในปริมาณแค่ไหน
โปรดติดตามกันต่อไปครับ
สิ่งสำคัญที่เราได้เรียนรู้จากวัฏจักรฟอสเฟต จะเห็นว่า ฟอสเฟตเป็นแร่ธาตุอาหารที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิต
ขณะเดียวกัน ก็มีปัญหาต่อตู้ทะเลเช่นกัน เนื่องจากมีโอกาสสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อย
ๆ ขณะที่ปัจจัยสำคัญที่ทำให้
วัฏจักรฟอสเฟตกลับสู่สมดุลย์คือ เวลา ซึ่งนานเกินกว่าตู้เลี้ยงในระบบขนาดเล็กจะรับได้
จึงจำเป็นต้องมีการดูแล
ตู้เลี้ยงสม่ำเสมอ มากกว่าที่จะใช้คำว่า "สมดุลย์"
และละเลยการดูแลเพียงอย่างเดียว
Reference
http://www.lenntech.com/phosphorus-cycle.htm
http://msucares.com/crops/soils/phosphorus.html
http://ridge.icu.ac.jp/gen-ed/ecosystems.html
http://links.jstor.org/sici?sici=0012-9658(197305)54%3A3%3C581%3APFAACR%3E2.0.CO%3B2-M
http://www.reefkeeping.com/issues/2006-08/cj/index.php
http://www.springerlink.com/index/V406W38218Q36851.pdf
http://www.reef.edu.au/contents/bc/fr_energy.html
The Global Phosphorous cycle : http://gsa.confex.com/gsa/2002AM/finalprogram/abstract_40198.htm
Figure Summarizing the global cycle of active elements http://www.ess.uci.edu/~reeburgh/figures.html
Luminescense of Natural apatite and apatite phosphorous
http://gsa.confex.com/gsa/2002AM/finalprogram/abstract_46805.html
http://gsa.confex.com/gsa/2002AM/finalprogram/session_2587.htm
http://www.ess.uci.edu/~reeburgh/fig4.html
Feather
article : Old Tank Syndrome
Hot
Tips: Algae Control
Figure
8 Sediment Analysis
Calcium
Reactor substrate - Phosphate Level , Greg Hiller
Phosphorous
: algae best friends
|
