Portaalsite voor de échte zeeaquariaan
Zoeken op de site
Sponsors
Partners
IJzer toevoegen in het zeewateraquarium
IJzer toevoegen in het zeewateraquarium.
Van alle toevoegingen die we tegenwoordig in het aquarium doen wil ik er deze keer eentje uitlichten: ijzer.
Het toevoegen van ijzer heeft een aantal voordelen. Ten eerste kunnen bepaalde macroalgen sneller groeien en er donkerder, mooier groen uitzien als er ijzer aan het aquarium wordt toegevoegd. Macroalgen zijn algen die met het blote oog zichtbaar zijn, kleinere algen die alleen met de microscoop te zien zijn heten microalgen. Bovenop dit esthetische voordeel, zorgt deze toegenomen groei ervoor dat de macroalgen een beter nutriënt export systeem zijn. Een ander voordeel is dat snel groeiende macrolagen beter concurreren met microalgen, die vaak een bron van frustratie zijn voor aquarianen.
Ten tweede is men er van overtuigd dat ijzer belangrijk is voor groen kleuring van SPS steenkoralen. Helaas heb ik geen documentatie kunnen vinden hoe dit biologisch werkt. Er zijn natuurlijk diverse factoren die belangrijk zijn voor het in stand houden van de mooie kleuren van vele SPS koralen. De soort en hoeveelheid licht, de pH, de alkaliniteit, de hoeveelheid nutriënten, sporenelementen (ook ijzer), bacteriën en aminozuren zijn allemaal belangrijke factoren voor de kleuring van de koralen. Aan deze factoren moet allemaal voldaan worden, als er eentje niet klopt zullen de kleuren niet optimaal zijn.
Wat betreft de invloed van licht op kleuren van koralen hebben Dana Riddle 1,2) en Ken S. Feldman 3) een aantal artikelen in Advancedaquarist.com geschreven. Ik zal me hier beperken tot de invloed van ijzer in het zeeaquarium. 4,5)
Ik zal eerst aangeven waar ijzer biologisch gezien voor gebruikt wordt en dan wat ideeën geven hoe je het in aquarium kan gebruiken.
IJzer biologisch gezien
Alle levende wezens hebben ijzer nodig. Sommige krijgen het met voedsel binnen, anderen door opgelost ijzer te absorberen. In vele natuurlijke omgevingen, variërend van delen van de oceaan tot het menselijk lichaam, kan ijzertekort de reden zijn dat de groei stagneert, ijzer is dan de beperkende factor in het voedsel. Het feit dat de meeste organismes slimme methoden hebben ontwikkeld om ijzer uit hun omgeving te halen geeft wel aan dat ijzer erg belangrijk voor ze is. Maar waarom?
Het blijkt dat ijzer (Fe), ontelbare toepassingen heeft in biologische systemen. Een heel bekende is dat ijzer een belangrijk bestanddeel is van hemoglobine. Hier zorgt ijzer ervoor dat hemoglobine zuurstof kan binden en zodoende door het lichaam kan transporteren. Vissen hebben grote hoeveelheden hemoglobine in hun bloed en zijn zo in staat heel efficiënt zuurstof van de kieuwen naar de rest van het lichaam te transporteren. Vissen, echter, krijgen hun ijzer uit voedsel, en zolang ze goed gevoerd worden krijgen ze geen ijzer tekort, ongeacht de concentratie ijzer in het water.
Er zijn vele andere toepassingen van ijzer in het biologische systeem, en vele worden uitgevoerd door organismen die over het algemeen geen voedsel zoals algen consumeren. Het zijn deze organismen die gevoelig zijn voor ijzer tekorten in het water. Waar gebruiken deze organismen ijzer voor?
IJzer komt in twee ion vormen voor, Fe++ en Fe+++. Dit komt bij niet veel metalen voor, en daarom kunnen organismen ijzer gebruiken op een manier die niet mogelijk is bij andere metalen.IJzer wordt daarom in feite door alle organismen in heel veel proteïnen en andere typen organische moleculen gebruikt. Veel van deze toepassingen maken gebruik van de heen of teruggaande redox reactie tussen de twee vormen van ijzer: Fe++ <- e- +Fe+++
Belangrijke reacties waar dit voorkomt zijn fotosynthese en ademhaling.
IJzer in fotosynthetische organismen.
Zoals gezegd, is ijzer heel belangrijk voor fotosynthese en dit is op zijn minst verantwoordelijk voor de grote behoefte aan ijzer bij fytoplankton en macroalgen. Fotosynthese scheid in principe koolstof dioxide (CO2) in koolstof (in de vorm van organisch materiaal) en zuurstof (O2) zoals te zien in onderstaande vergelijking:
Dit proces is lang en gecompliceerd, maar eenvoudig gezegd, moeten er elektronen van de zuurstof atomen in CO2 verhuizen naar de koolstof elektronen van het CO2, om zuurstof en organische moleculen te vormen. Het is ijzer dat er gedeeltelijk voor zorgt dat dit proces mogelijk is.
IJzer in de oceaan
IJzer in de oceaan is voornamelijk ijzer (III) (Fe 3+), omdat alle Fe 2+ dat gevormd door zuurstof en andere oxiderende stoffen teruggeoxideerd wordt tot Fe 3+. De ijzer concentratie varieert behoorlijk per locatie en diepte, en wordt aan de oppervlakte minder door opname van organismen. Typische oppervlakte concentraties zijn in de orde van 0.000006 ppm. Als ze niet gebonden zijn aan een organisch molecuul, bestaat ijzer in zeewater vooral als opgelost Fe(OH)3. IJzer (III) is behoorlijk onoplosbaar in zeewater bij pH 8.2 vanwege de vorming van ijzeroxides (roest) in verschillende vormen. In feite, is het een van de slechtst oplosbare kationen in zeewater. Dus, een grote hoeveelheid ongebonden ijzer een aquarium gooien zal alleen maar op de bodem neerslaan.
In de meeste oceanen, wordt de groei van fytoplankton beperkt door stikstofbronnen (nitraten). In sommige plaatsen, echter, waar genoeg stikstof, fosfor, en silica (diatomeeën) is, wordt de groei van fytoplankton naar men aanneemt beperkt door de beschikbaarheid van ijzer. Experimenten in de oceaan hebben aangetoond dat de groei kan worden versneld door het toevoegen van ijzer. Tevens hebben experimenten in de oceaan aangetoond er vooral groei van diatomeeën, cyanobacteriën en dinoflagellaten optreed.
Een van de bevindingen van deze studies is het verband met fosfor. De ideale oplossing verhouding van ijzer tot fosfor is tussen 1:100 en 1:1250 voor fytoplankton in de kustwateren.
IJzer in aquaria: heeft toevoegen zin?
Als ijzer een beperkende voedingstof kan zijn in de oceaan als er voldoende stikstof en fosfor aanwezig is, dan lijkt het logisch dat ook voor onze aquaria geldt, waar stikstof en fosfor in vele mate meer aanwezig is dan in de oceaan. Er is weinig bekend over ijzer gehaltes in aquaria, En als er al een totaal ijzergehalte bekend zou zijn, dan kan men nog misleid zijn als het ijzer niet in een biologisch beschikbare vorm aanwezig is (zoals in anorganische deeltjes of sterk gecheleerde organische moleculen.
Het schijnt dat veel van de organische moleculen die ijzer binden in de natuur en in het aquarium aangemaakt worden. Als deze het ijzer te sterk binden, cheleren, is het ijzer niet biologisch beschikbaar. Het lijkt erop dat het dus zeer belangrijk hoe het ijzer gebonden is. De totaal hoeveelheid ijzer die we meten met testsetjes of ICP is dus waarschijnlijk niet zo relevant, omdat we eigenlijk geen idee hebben hoeveel van het ijzer biologisch beschikbaar is. Bij ijzer is er dus geen direct verband tussen concentratie en effect, zoals we dat wel zien bij bv. Calcium of KH.
Sommige publicaties wijzen erop dat cyanobacteriën ook in situaties met weinig ijzer goed gedijen. Dit zou o.a komen omdat ze stoffen maken die ijzer (in water) goed binden. Dit geeft ze een competitief voordeel t.o.v. andere organismes die ook ijzer nodig hebben. Andere publicaties spreken dit echter weer tegen, ze zien geen verandering in groei van de cyanobacteriën als de ijzerconcentratie verhoogd wordt. Het is voor aquarianen echter wel verstandig hier op te letten en de ijzertoevoeging te stoppen als je cyanobacteriën (rode flap) ziet opkomen.
Omdat het voedsel wat we in het aquarium doen grote hoeveelheden ijzer bevatten, hoe is het dan mogelijk dat het water te weinig ijzer kan bevatten? Er zijn verschillende mogelijk belangrijke export mechanismes denkbaar voor aquaria. IJzer wat gebonden is aan organische moleculen kan afhankelijk van de aard van het organische molecuul snel worden afgeschuimd. IJzer wordt in het aquarium ook door veel organismen opgenomen. Ook kan het ijzer in het water soms gewoonweg niet biologisch beschikbaar zijn omdat het te sterk gebonden is aan bepaalde organische moleculen.Ten slotte kan ijzer ook gewoon neerslaan in het aquarium omdat de pH te hoog is (bv. bij kalkwater toevoegen).
IJzer in aquaria: Wanneer is toevoegen nuttig?
Het is zeker niet altijd nuttig ijzer toe te voegen. Bv. in een aquarium zonder macroalgen, zodat je geen opname hebt van stikstof en fosfor kan ijzer toevoeging een bestaand microalgen probleem versterken. Het kan ook de balans doen omslaan naar een microalgen probleem als ijzer de beperkende factor was voor de groei van microalgen. In deze gevallen is het beter geen ijzer toe te voegen of op tijd te stoppen met toevoegen als de groei van microalgen toeneemt.
Het kan nuttig zijn ijzer toe te voegen als je voldoende macroalgen in je systeem hebt (aquarium of sump) met of zonder microalgen probleem. De macroalgen laat je dan zo snel groeien dat zij het nutriënt (stikstof, fosfor) gehalte laten dalen. Het laten groeien van macroalgen is in feite een van de beste manieren om fosfaten uit je aquarium te verwijderen.
IJzer in aquaria: hoeveel en in welke vorm?
Het bepalen hoeveel ijzer je moet toevoegen is vrij eenvoudig: het lijkt niet veel uit te maken. Als je eenmaal genoeg hebt toegevoegd om zeker te zijn dat ijzer geen beperkende factor meer is schijnt extra ijzer geen kwaad te kunnen (ten minste we horen er weinig over). IJzer kan je toevoegen als oplossing van 5 g ijzer (als 25 g ijzersulfaat.heptahydraat) in 250 ml water wat 50.7 g natriumcitraat dihydraat bevat. Hiervan kan je 2-3 keer per week 0,1 tot 0,3 ml aan 800 liter zeewater toevoegen. In 4 jaar tijd heb je dan ongeveer alle 5 gram ijzer aan je aquarium toegevoegd. Dit lijkt nogal veel, en dat is het ook. Het is genoeg om 3 miljard liter water zonder ijzer op het natuurlijke niveau van 0,000006 ppm ijzer te krijgen. Ook al ziet men over het algemeen weinig of geen effect van te veel ijzer toevoegen, is het goed te bedenken dat geen aquarium hetzelfde is, we hebben allemaal een verschillende, variërende bezetting. Als je vreemde, ongewenste reacties ziet neem de dosering dan terug of stop er helemaal mee.
Omdat niet iedereen in staat is om zelf ijzer(II)citraat te maken koop je meestal een commercieel ijzer supplement. Het is aan te bevelen ijzer supplementen te kopen waar het ijzer aan organische moleculen is gebonden. IJzer dat voor zoetwater verkocht wordt is vaak niet gebonden omdat ijzer beter oplosbaar is bij de lage pH’s van zoetwater aquaria.Het is beter deze producten niet in het zeewateraquarium te gebruiken. Als het goed is gebruiken de fabrikanten geen organische moleculen die het ijzer te sterk binden, maar stoffen als EDTA en citraat, die fotochemisch degraderen en continue een beetje ijzer vrij geven.
Effect van ijzer op het koraal Stylophora pistillata
In tegenstelling tot het onderzoek in oceanen is er nog weinig onderzoek gedaan naar het effect van ijzer in aquaria. Een van de belangrijkste onderzoeken is het onderzoek van Ferrier-Pages. (Response of a scleractinian coral, Stylophora pistillata, to iron and nitrate enrichment) 6).
Hier hebben ze koraal stekken in verschillende bakken gezet waar ze Middellandse Zee water door leiden. Het water werd steeds chemisch veranderd, waarbij men steeds de koraal groei, de zoöxanthellen dichtheid, fotosynthese snelheid en de chlorofyl hoeveelheid bekeek. Het Middellandse Zee water bevatte heel weinig voedingsstoffen. (nitraat< 0.06 ppm, fosfaat <0.02 ppm, ijzer < 0.2 ppb) Voor de test werd het ijzer verhoogd naar 0.3 ppb, nitraat naar 0.15 ppm. Waardes die veel lager zijn dan in de meeste aquaria. Het water werd zo snel rondgepompt dat ieder uur een aquarium volume ververst werd.
Als we eerst eens naar de zoöxanthellen dichtheid kijken. Deze dichtheid is een maat voor de hoeveelheid zoöxanthellen die aanwezig zijn. Door het verhogen van het ijzer en nitraat gehalte werden de hoeveelheden zoöxanthellen behoorlijk vergroot in vergelijken met de controle koralen. De grootste toename werd gemeten als er alleen ijzer toegevoegd werd. Het zelfde geld voor het chlorofyl gehalte. Het lijkt er dus op dat de zoöxanthellen groei beperkt werd door ijzer en nitraat, en dan vooral ijzer.
Later zullen we nog bespreken of deze zoöxanthellen groei gewenst is en of deze groei ook langer doorgaat dan de drie test weken.
De onderzoekers hebben ook verschillende aspecten van fotosynthese gemeten voor deze koralen.Ze vonden dat de fotosynthese in alle gevallen toenam met de grootste stijging als er alleen ijzer toegevoegd werd. Echter, als er rekening werd gehouden met de toename van de zoöxanthellen werd er per zoöxanthelle niet meer geproduceerd. De toegevoegde nutriënten hadden blijkbaar alleen effect op de hoeveelheid zoöxanthellen en niet op de fotosynthese activiteit.
Ten slotte hebben ze ook de koraalgroei gemeten door de stukken te wegen. Het bleek dat de groeisnelheid behoorlijk was afgenomen. Zowel ijzer als nitraat en combinaties hiervan veroorzaakte een groei afname van wel 30%. Het lijkt erop dat ijzer en nitraat giftig zijn voor de koralen ondanks dat de hoeveelheid zoöxanthellen toeneemt.
De aard van deze “giftigheid”is waarschijnlijk minder ernstig voor aquarianen dan het in eerste instantie klinkt. De onderzoekers denken dat de snelle zoöxanthellen groei toch niet veel waardevolle producten levert voor het koraal, en dat vandaar de groeisnelheid afneemt.
Ze benadrukken wel dat het verband tussen calcificatie en ijzer toevoegen onduidelijk blijft.
Ook hier weer de vraag of dit een tijdelijk effect is of dat dit langer tijd doorgaat. Alleen lange duur experimenten kunnen hier een antwoord op geven.
Een andere verklaring zou een tekort aan fosfaat kunnen zijn. Bij fytoplankton is fosfor limitatie vaak minder belangrijk dan stikstof limitatie. In de oceaan is het nitraat meestal eerder verbruikt voordat het fosfaat gehalte te laag is. Het is echter best wel mogelijk dat koralen te weinig fosfaat krijgen bij deze lage concentraties zoals in deze test gebruikt, vooral als ze extra nitraat krijgen.
Het zou dus mogelijk kunnen zijn dat door de snelle zoöxanthellen groei alle fosfaat opgebruikt is en er geen fosfaat meer beschikbaar is voor koraalgroei.
Het is wel duidelijk dat het niet zo eenvoudig is om de testresultaten te gebruiken voor aquaria, maar het geeft wel een indicatie waar we op moeten letten, en wat mogelijke ingrepen zijn.
Effect van ijzer op andere koralen.
Een vergelijkbare studie over ijzertoevoegingen wordt beschreven in het artikel van A.D Harland (Metal tolerance in the scleractinian coral Porites lutea) 7).
Vreemd genoeg lijkt dit artikel precies het tegenoverstelde te beweren als in het eerste artikel.Zij beweren dat het blootstellen van het Porites lutea koraal aan hogere ijzer concentraties tot verlies van zoöxanthellen leidt. Zij stellen dat koralen zich aanpassen aan het hogere ijzer gehalte. Zodat het effect op den duur verdwijnt. Het is niet duidelijk of deze verschillende uitkomsten veroorzaakt worden door verschillen in het onderzochte koraal of andere verschillen in de onderzoekmethode.
Een derde artikel (Indications from photosynthetic components that iron is a limiting nutrient in primary producers on coral reefs) 8) van B. Entsch, beschrijft het biochemische bewijs van ijzerbeperkingen op verschillende organismen op het koraalrif, maar voert geen echte experimenten uit of deze ijzerbeperking de groei van koralen echt tegenhouden. Zij concluderen wel dat ijzertekort de groeisnelheid, biomassa en verscheidenheid van koralen beïnvloed.
Tot slot zijn er nog verschillende artikelen die de aanwezigheid van ijzer in koraalskeletten en weefsel gemeten hebben. Hierin blijkt wel dat de ijzerconcentratie toeneemt als de ijzerhoeveelheid in het water toeneemt. Maar men zegt niet of dit goed of slecht is.
Waar op letten als je ijzer toevoegt
De onderzoeken zoals hierboven beschreven geven een paar zaken aan waar je op moet letten als je ijzer toevoegt.
- Als er inderdaad een toename van zoöxanthellen optreed, is het mogelijk dat de mooi gekleurde koralen bruiner worden.
- Als de hoeveelheid zoöxanthellen zoals beschreven bij het Sinularia koraal vermindert, is het mogelijk dat de kleuren lichter of helderder worden.
- Als de toename van zoöxanthellen zoals boven beschreven door blijft gaan, is het mogelijk dat je vaker uitstoten van zoöxanthellen waarneemt.
- Het is mogelijk dat de koralen minder snel gaan groeien. Of dit goed of slecht is hangt er van af of je wilt stekken of niet.
- Als ijzer effect heeft op de cyanobacteriën in het aquarium, kan je hiervan toename of afname verwachten.
- Diatomeeën kunnen sneller gaan groeien.
Fotosynthetische dinoflagellaten kunnen afnemen, omdat andere organismes beter tegen hen kunnen concurreren.
Al met al is er niet zo veel bekend wat ijzer in het aquarium doet en zijn er nogal wat tegenstrijdige resultaten uit diverse onderzoeken. Ik hoop dat dit artikel wat aanwijzingen geeft waar op te letten als je ijzer gaat toevoegen. Gelukkig zijn er weinig aanwijzingen dat te veel ijzer schadelijk is, zoadat je best wel wat kan experimenteren, als je de bovenstaande punten in de gaten houdt. Bedenk ook dat aan meerdere eisen voldaan moet worden om de SPS koralen mooi te laten kleuren.
Referenties:
Feature Article: Coral Coloration, Part 4: Red Fluorescent Pigments, a Preliminary Report of Effects of Various Environmental Factors and Color Mixing by Dana Riddle
Feature Article: Coral Coloration and Incident Light: A Photographic Essay
Departments of Chemistry and Industrial and Manufacturing Engineering, The Pennsylvania State University, University Park, PA 16802
By Ken S. Feldman, Sanjay Joshi, Lauren F. Vernese, Elizabeth A. Huber, Kelly M. Maers, Matthew R. Test
Feature Article: How to Make Corals Colorful, Part One: New Information, With Particular Attention to Blue-Green Fluorescent Pigments
Light intensity and its spectral characteristics play important parts in promotion of coral coloration. By Dana Riddle
CHEMISTRY AND THE AQUARIUM by RANDY HOLMES-FARLEY
Iron: A Look at Organisms Other than Macroalgae
CHEMISTRY AND THE AQUARIUM by RANDY HOLMES-FARLEY:&
Inloggen
Registreren
Foto van de maand
Een koppel Rainfordia opercularis in het kweekaquarium van De Jong Marinelife tijdens het bezoek van het ReefSecrets-team in april 2012
Foto: Patrick Scholberg