Jak przebiegają przemiany fosforu w wodzie?
Aby zrozumieć procesy zachodzące w akwarium warto zasięgnąć wiedzy z zakresu środowiska naturalnego. Dlatego kontynuując rozważania dotyczące fosforu w akwarium, tym razem skupię się na procesach z jego udziałem, zachodzących w zbiornikach naturalnych. I chociaż nie mają one bezpośredniego przełożenia na nasze akwaria, pozwolą Ci zrozumieć jak fascynującym pierwiastkiem jest fosfor. Dowiedz się w jaki sposób przemiany fosforu w środowisku wodnym są uzależnione od całej masy czynników chemicznych, fizycznych i biologicznych.
Źródła fosforu w wodach naturalnych
Z jednej strony fosfor jest niezbędny dla funkcjonowania organizmów żywych, a z drugiej w środowisku wodnym jego nadmiar prowadzi do eutrofizacji i zmiany funkcjonowania całych ekosystemów, łącznie z wymianą gatunków roślin i zwierząt, które w nich występują.
Za główne źródło fosforu w środowisku wodnym uznaje się rolnictwo. Jest on składnikiem nawozów mineralnych jak również środków ochrony roślin. Do wód powierzchniowych dostaje się głównie w wyniku spływu powierzchniowego z obszarów rolniczych. Bardzo duży ładunek fosforu pochodzi ze ścieków bytowo-gospodarczych oczyszczonych, nie mówiąc już o zrzutach ścieków nieoczyszczonych do wód powierzchniowych. Źródłem fosforu są również opady atmosferyczne, erozja gleby oraz rozkład szczątków roślinnych i zwierzęcych.
Osady denne w zbiornikach wodnych
Fosfor w środowisku wodnym gromadzi się w różnych jego składnikach. Jednak główną rolę w jego transformacji odgrywają osady denne. Szacuje się, że w powierzchniowej warstwie osadów do głębokości 10 cm, znajduje się niemal 90% jego całkowitej ilości w ekosystemie jeziornym.
Osady denne mogą stanowić pułapkę dla fosforu lub też jego źródło, zwłaszcza w silnie zeutrofizowanych zbiornikach wodnych. Przy czym jego uwalnianie lub kumulowanie się zależą od wielu wzajemnie powiązanych ze sobą czynników biologicznych, fizyczno-chemicznych i fizycznych. Dodatkowo na te czynniki wpływa budowa samego zbiornika – jego powierzchnia, szerokość, długość, rozwinięcie linii brzegowej i głębokość. Płytkie zbiorniki wodne są bardziej podatne na dopływ wewnętrzny składników biogennych niż te głębsze. W głębokich, stratyfikowanych termicznie zbiornikach dochodzą jeszcze wpływ uwarstwienia wody i częstotliwość jej mieszania. Chcąc nie chcąc muszę tutaj wyjaśnić pojęcie stratyfikacji. Myślę, że jest to na tyle ciekawe zjawisko, że przeczytasz o nim z zainteresowaniem.
Stratyfikacja termiczna jezior a obieg fosforu
Temperatura wody w zbiornikach wodnych zależy nie tylko od warunków klimatycznych, ale też od głębokości zbiornika i jego wystawienia na działanie wiatru, co wpływa na to jak masy wody są mieszane. W głębszych zbiornikach wodnych temperatura wody obniża się od powierzchni zwierciadła wody do dna, tworząc trzy warstwy:
- Epilimnion – temperatura wody w tej warstwie jest wyrównana na skutek mieszania wody przez wiatr, a w warstwie prześwietlonej zachodzi fotosynteza.
- Metalimnion – warstwa przejściowa, nazywana też termokliną. W jej obrębie rejestruje się bardzo wyraźny spadek temperatury wody wraz z głębokością. Działa jak bariera, uniemożliwiając mieszanie się wody z górnych i dolnych partii jeziora.
- Hypolimnion – w klimacie umiarkowanym woda tej warstwy ma kontakt z powierzchnią na ogół tylko wiosną i jesienią. Aby woda w całym jeziorze się wymieszała, temperatura i gęstość wody w epilimnionie i hypolimnionie muszą się wyrównać, zanika wówczas termoklina. Gdy woda nie jest mieszana, w hypolimnionie koncentrują się składniki pokarmowe i często dochodzi do deficytów tlenowych.
W jeziorach stratyfikowanych w okresie stagnacji letniej w prześwietlonej warstwie epilimnionu rozwija się fitoplankton. Często, w czystych zbiornikach w tym okresie stężenie fosforanów jest bardzo niskie, albo nawet niewykrywalne gdyż zostają one całkowicie wykorzystane przez glony, sinice i rośliny wyższe. Obumierający fitoplankton jest rozkładany „na miejscu”, ponieważ cyrkulacja wody w obrębie epilimnionu i obecność termokliny utrudniają jego opadanie na dno. Uwalniane w ten sposób fosforany trafiają ponownie do obiegu. Taki cykl może powtórzyć się nawet kilka razy w sezonie.
Oczywiście nie wszystko jest zatrzymywane w epilimnionie. Jakaś część fosforu na skutek sedymentacji materii organicznej, adsorpcji i wytrącania nierozpuszczalnych fosforanów na sedymentujących cząstkach materiałów ilastych trafia do osadów dennych.
Czynniki wpływające na krążenie fosforu między wodą a osadami dennymi
Proces wymiany fosforu między wodą a osadami dennymi jest uzależniony od warunków panujących na granicy między osadem, a wodą, na które składają się:
- stężenie tlenu,
- temperatura (wymiana jest szybsza w wyższych temperaturach),
- odczyn (wymiana jest szybsza przy niższym pH)
- potencjał redox
- rodzaj osadów
- działalność organizmów żywych.
Osady różnią się między sobą pojemnością sorpcyjną. Te bogate w materię organiczną i minerały ilaste mogą związać więcej fosforu. W akwariach wiązanie fosforu może zachodzić w zbiornikach z podłożem aktywnym lub akwariach Low Tech gdzie użyto ziemi ogrodowej.
Tlen
W wodzie interstycjalnej (wody wypełniające przestrzenie między ziarnami piasku i żwiru o prześwicie do ok. 2 mm) w warunkach beztlenowych, stężenie fosforu rozpuszczonego jest o kilka rzędów wielkości większe niż w wodzie nad osadem. Dlatego, aby wyrównać stężenia fosfor z osadów dyfunduje do wody. Jeżeli w wodzie nad osadami dennymi jest tlen, dyfundujący z osadów fosfor trafia na żelazo w formie utlenionej Fe3+ i tworzy z nim nierozpuszczalne kompleksy. Osad denny działa więc w warunkach tlenowych jak pułapka fosforowa. To zjawisko jak najbardziej może zachodzić w akwarium.
Sytuacja zmienia się diametralnie, gdy w wodzie nad osadami stężenie tlenu spada do ok. 0,1 mg/l. Tym samym obniża się również potencjał redox. W tych warunkach następuje redukcja żelaza z Fe3+ (nierozpuszczalne w wodzie) do Fe2+ (rozpuszczalne w wodzie), co powoduje, że utworzone w warunkach tlenowych nierozpuszczalne kompleksy z fosforem rozpadają się i fosfor przechodzi do wody. Czyli w warunkach beztlenowych fosfor z osadów jest uwalniany.
Dotarłeś do tego miejsca. Czy dostrzegasz już, jak niesamowitym pierwiastkiem jest fosfor? Jak złożone są przemiany fosforu w środowisku wodnym?
Warunki beztlenowe w hypolimnionie to częste zjawisko, ponieważ na skutek procesów rozkładu prowadzonych przez mikroorganizmy tlen w warstwie przydennej stopniowo wyczerpuje się. Wiesz już, że wody hypolimnionu mają szansę na natlenienie tylko w okresie mieszania się wody w całym jeziorze. W klimacie umiarkowanym dochodzi do tego zwykle dwa razy w roku. Brak tlenu powoduje uwalnianie zgromadzonego w osadach fosforu do wód nadosadowych. W okresie mieszania się wody w zbiorniku zgromadzony w hypolimnionie fosfor jest transportowany do strefy aktywnej fotosyntetycznie, czyli na powierzchnię. Prowadzi to do zakwitów glonów i sinic, które obumierając zasilają osady denne w kolejną porcję materii organicznej. Prowadzi to do dalszego wyczerpywania się tlenu i uwalniania kolejnych porcji fosforu.
Bakterie
Bardzo duże znaczenie w uwalnianiu fosforu do wody ma rozkład fosforu organicznego przez bakterie. Może on zachodzić na drodze tlenowej i beztlenowej. Proces ten rozpoczyna się już w słupie wody, podczas sedymentacji cząstek organicznych. Różne związki fosforu mają różną podatność na rozkład. Szczególnie oporne są te związane z kwasami humusowymi. Bakterie potrafią także magazynować nadmiar fosforu w postaci polifosforanów. Jednak w sytuacjach stresowych (np. nagłe zmiany parametrów wody czy śmierć komórki) mogą gwałtownie uwolnić go do wody.
Wysoka aktywność bakterii w osadach dennych powoduje spadek stężenia tlenu. Co ciekawe, w środowisku tlenowym mogą tworzyć się mikrowarstwy beztlenowe, w których procesy rozkładu tlenowego i beztlenowego będą zachodzić równocześnie.
Mikroorganizmy w akwarium są naszymi sprzymierzeńcami – to one odpowiadają za stabilność biologiczną zbiornika. Jeśli w zbiorniku są rośliny, również pomagają w utrzymaniu równowagi, wykorzystując uwolnione przez bakterie związki pokarmowe. Pamiętaj jednak, że zarówno materia organiczna jak i składniki pochodzące z jej rozkładu gromadzą się w akwarium. Dlatego należy regularnie wykonywać podmiany wody – to prosty sposób na usuwanie nadmiaru składników pochodzących z rozkładu materii organicznej. Należy także, okresowo czyścić filtry i odmulać podłoże. Im więcej jest zalegającej materii organicznej w akwarium, tym więcej tlenu zużywają bakterie do jej rozkładu. To może stanowić zagrożenie, szczególnie podczas przerwy w dostawie prądu – w akwariach z dużą ilością osadów tlen kończy się bardzo szybko, a ryby zaczynają się dusić.
Algi i rośliny wyższe
W płytkich, ale także głębszych zbiornikach wodnych dno mogą kolonizować algi. Pobierają one fosfor z osadów dennych, a obumierając uwalniają go do wody. Pewną pulę fosforu do osadów wnoszą również obumierające rośliny wyższe. Natomiast w okresie wegetacji, wokół systemu korzeniowego roślin powstaje strefa natleniona o wyższym potencjale redox, w której zahamowaniu ulegają procesy beztlenowe. Mogą rozwijać się tutaj bakterie tlenowe, które rozkładają materię organiczną. Zmienia się również pH wody, w górę lub w dół, w zależności od dominujących procesów. To wszystko oddziałuje na krążenie składników pokarmowych, w tym fosforu.
Organizmy zwierzęce
Organizmy zwierzęce związane z dnem, w tym również ryby, przekopując osady zwiększają ich natlenienie, co przyspiesza mineralizację materii organicznej i uwalnianie fosforu. Również samo mechaniczne podnoszenie cząstek osadów tzw. resuspensja ułatwia uwalnianie z nich fosforu i innych składników pokarmowych. Dlatego każda ingerencja w podłoże w akwarium (odmulanie, przesadzanie roślin itp.) będzie wiązała się z uwolnieniem do wody materii organicznej i produktów jej rozkładu. Szczególnie nie jest zalecane odmulanie podłoży aktywnych lub tych, gdzie pod żwirem czy piaskiem znajduje się ziemia lub żyzny substrat podżwirowy.
Odczyn wody
Wzrost pH wody nadoosadowej prowadzi do zmniejszania wiązania fosforu przez wodorotlenki żelaza i glinu, mimo obecności tlenu w wodzie. Z drugiej strony mineralizacja materii organicznej w osadach zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych wiąże się z obniżeniem pH na skutek produkcji CO2. Niskie pH wody prowadzi do rozpuszczania węglanów i uwalniania związanego z nimi fosforu.
Jestem przekonana, że to ten moment, w którym mogłeś się zgubić, a Twój mózg próbuje to wszystko złożyć w sensowną całość. Nie martw się, nie jesteś wyjątkiem. Wystarczy, że zapamiętasz, że przemiany fosforu w wodzie to szereg skomplikowany procesów, zależnych od ogromnej liczby czynników. Dlatego nie ma tu jednoznacznych odpowiedzi.
Temperatura
Temperaturę można uważać za podstawowy czynnik kontrolujący obieg składników biogennych w jeziorze. To od niej zależą procesy biologiczne takie jak: asymilacja składników pokarmowych w tym fosforu, aktywność mikroorganizmów, czy bioturbacja (przekopywanie podłoża przez organizmy bentosowe). Oczywiście wyższa temperatura nasila wszystkie te procesy.
Wpływ eutrofizacji na ryby
Fosfor przyczyniając się do eutrofizacji silnie oddziałuje na środowisko życia ryb. Przede wszystkim eutrofizacja prowadzi do zmniejszenia natlenienie wody. Ryby jako organizmy mobilne mogą szukać miejsc o większym stężeniu tlenu np. zmieniając siedlisko życia z głębszych partii zbiornika na płytsze. To jednak pociąga za sobą wiele konsekwencji związanych z drapieżnictwem, zmianą temperatury wody, dostępem do pokarmu i rozrodem. Pogorszenie jakości wody i warunków tlenowych wpływa również na rośliny wodne i bezkręgowce, a więc na bazę pokarmową ryb.
Podsumowanie
Tak dobrnęliśmy do końca. Mam nadzieję, że teraz już rozumiesz dlaczego w pierwszym akapicie napisałam, że fosfor to fascynujący pierwiastek. Reakcji i procesów, w które jest uwikłany jest bardzo dużo. Jednak, nawet pobieżna wiedza na temat tego, jak fosfor zachowuje się w środowisku wodnym pozwala lepiej zrozumieć funkcjonowanie akwarium.
Literatura
- Boström B., Andersen J.M., Fleischer S. and Jansson M. (1988), Exchange of phosphorus across the sediment – water interface. Hydrobiologia, 170: 229-244.
- Forsberg C. (1989), Importance of sediments in understanding nutrient cyclings in lakes., Hydrobiologia 176/177, s. 263-277.
- Golterman H.L. (1995), The role of ironhydroxyde-phosphate-sulphide system in the phosphate exchange between sediments and overlying water. Hydrobiologia, 297: 43-54.
- Harper D. (1992), Eutrophication of freshwaters, Chapman & Hall, Great Britain.
- Hupfer M., Lewandowski J. (2008), Oxygen Controls the Phosphorus Release from Lake Sediments – a Long-Lasting Paradigm in Limnology. Internat. Rev. Hydrobiol. 93, 4-5, s. 415-432.
- Jones J.G. (1982), Activities of aerobic and anaerobic bacteria in lake sediments and their effect on the water column In: Sediment Microbiology Nedwell D.B. Brown C.M., (Eds), s. 107-145 Academic, London.
- Kentzer A. (2001), Fosfor i jego biologicznie dostępne frakcje w osadach jezior różnej trofii, Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń, Rozprawy.
- Kleeberg A., Herzog Ch., Hupfer M. (2013), Redox sensitivity of iron in phosphorus binding does not impede lake restoration. Water Research 47: 1491-1502 (4): 177-182 [http://dx.doi.org/ 10.1016/j.watres.2012.12.014].
- Lampert W., Sommer U. (1996), Ekologia wód śródlądowych, Wydawnictwo Naukowe PWN: Warszawa.
- Søndergaard M., Jensen J.P., Jeppensen E. (2001), Retention and internal loading of phosphorus in shallow, eutrophic lakes. Review Article, The Scientific World, 1: 427-442.
- Wang H., Appan A., Gulliver J.S. (2003), Modelling of phosphorus dynamics in aquatic sediments: Imodel development. Water Research, 37 (16): 3928-3938 [doi: 10.1016/S0043-1354(03)00304-X].
Ukończyła studia na kierunku ochrona środowiska (specjalizacja: ochrona wód powierzchniowych) na Akademii Rolniczej we Wrocławiu (obecnie Uniwersytet Przyrodniczy), gdzie następnie obroniła doktorat na Wydziale Biologii i Hodowli Zwierząt.
Od lat zajmuje się wpływem diety, suplementacji i naturalnych dodatków na zdrowie, kondycję i rozmnażanie ryb akwariowych. Wolny czas dzieli pomiędzy opieką nad rybami i kotami, pielęgnacją roślin oraz pieszymi wędrówkami i sportem.
- Jak fosfor wpływa na ryby w akwarium? - 9 marca 2026
- Jak przebiegają przemiany fosforu w wodzie? - 23 lutego 2026
- Fosfor w akwarium – rola, formy i oznaczanie - 4 grudnia 2025
