Если вы увлекаетесь морской биологией или просто интересуетесь жизнью океана, вы наверняка сталкивались с таким понятием, как «соотношение Редфилда». Это одно из тех фундаментальных правил, которые преподносят студентам как азбучную истину. Оно описывает удивительно постоянное соотношение основных элементов в морских организмах и самой морской воде.
Если говорить просто, правило гласит, что атомы углерода, азота и фосфора в океанической биомассе и в растворенных питательных веществах находятся в пропорции примерно 106:16:1. Долгое время это считалось универсальным ключом к пониманию продуктивности океана, объясняющим, как рост водорослей ограничен доступностью питательных веществ.
Однако в научном мире уже несколько десятилетий не утихают споры. Новые исследования показывают, что в разных уголках океана это соотношение может заметно отклоняться. Ученые обнаружили, что морские экосистемы куда разнообразнее и сложнее, чем предполагала простая формула Редфилда.
Так работает ли оно на самом деле? И да, и нет. Его ценность — в создании удобной отправной точки, общей модели. Но слепо принимать его за непреложный закон природы сегодня уже нельзя. Споры ведутся как раз о том, насколько это соотношение универсально и какие процессы — биологические, химические или физические — в действительности его определяют.
В этой статье мы попробуем разобраться, откуда взялось это правило, почему оно до сих пор полезно и из-за чего вокруг него ломаются копья в научном сообществе. Это история о том, как простое и элегантное объяснение сталкивается с хаотичной и разнообразной реальностью океана.
История вопроса: что такое пропорция Редфилда и при чем здесь Либих
В 1934 году океанолог Альфред Редфилд описал атомарные соотношения элементов:
- углерода, азота и фосфора в морском планктоне – C:N:P = 106:16:1;
- азота и фосфора в морской воде – N:P= 20:1 (первая версия), N:P= 16:1 (откорректированный вариант).
При этом Редфилд отметил, что смещение пропорций элементов в воде влияет на рост и состав водорослей. Повышение содержания фосфора благоприятно для синих водорослей, азота – зеленых. Данные собирались в водах Атлантического, Индийского, Тихого океанов и Баренцева моря. Соответственно, к репрезентативности выборки претензий быть не может и обнаруженное соответствие – это не просто совпадение или статистическая ошибка.
Смещение пропорций элементов в воде влияет на рост и состав водорослей
Замечательно, скажут скептики, Редфилд большой молодец и сделал важное открытие в науке, но нам-то от этого какая польза? Вот тут пришло время вспомнить о лимитирующем факторе Либиха.
На заметку! В 1840 году Юстус фон Либих описал один из главных принципов развития экосистем – наиболее значимым для организма является тот фактор, который максимально отклоняется от нормы.
Закон Либиха простыми словами
Допустим, у нас есть всего два элемента – еда и вода. Тогда существует два неблагоприятных варианта:
- есть вода, нет еды – организм умирает от голода, и утоление жажды ничем здесь не может помочь;
- есть еда, нет воды – умирает от жажды, потому что еда не способна заменить воду.
В.Траутшольд. Лаборатория Либиха в Гиссене, 1840
В первом случае лимитирующий фактор вода, которой не хватает, во втором – недостаток еды и блокирующим элементом является она. Принцип действует при любом количестве факторов.
Развитие растений ограничено одним основным минералом, который находится в относительно малом запасе. Эту концепцию ограничения можно представить в виде «бочки Либиха», метафорической бочки, в которой каждая планка представляет собой элемент
Применительно к аквариуму это значит, что при недостатке одного из элементов растение физически не может восполнить его дефицит за счет других. При критической нехватке какого-либо компонента растение перестает полноценно потреблять другие вещества, в итоге начинает болеть и погибает. Кроме того, питательные вещества, которые не может потребить растение, способны стать пищей для водорослей – портящих внешний вид аквариума сине-зеленых «паразитов» и зеленых «точек».
— Александр Ткачук морской биолог, эксперт в аквариумистике и террариумистике
Соотношение Редфилда — это идея, что в океане углерод, азот и фосфор в живых организмах почти всегда находятся в строгой пропорции 106:16:1. Долгое время это считалось законом природы, но теперь учёные спорят: в одних местах океана пропорции действительно близки к редфилдовским, а в других — сильно отличаются. Получается, правило работает не везде, и его нельзя слепо применять. Споры идут не потому, что кто-то ошибается, а потому что природа сложнее, чем кажется: разные организмы, условия и экосистемы дают разные результаты. Вместо догмы — учёные теперь видят в этом скорее ориентир, который помогает думать, но не всегда предсказывает.
Как это работает на практике
Есть схема вычисления атомарного соотношения по массе удобрений. Оптимальной считается пропорция, приближенная к данным Редфилда, значения для нее выделены белым. Синие и зеленые – пропорции удобрений, провоцирующие рост соответствующих водорослей.
Некоторые производители УДО используют и рекомендуют пропорцию Редфилда, другие подвергают ее критике, третьи никак не высказываются по этому поводу.
Два главных довода критики и ответы на них
Довод 1. Ученый обнаружил соотношение в морской воде, и оно касается фитопланктона. Применение в обычном пресном аквариуме выглядит притянутым за уши.
Неважно, как это выглядит, важно, как это работает. Де-факто оптимальное для растений соотношение азота и фосфора лежит в диапазоне от 10:1 до 20:1. Это проверено многими поколениями аквариумистов.
При чем здесь Редфилд? Возможно, его пропорцию аквариумисты попробовали использовать в качестве эксперимента, результат оказался хорошим и получил распространение. Может быть, с помощью этого соотношения изначально пытались избавиться от водорослей – искали способ, который не причинит вреда растениям.
Обратите внимание! Также есть вероятность, что аквариумисты ориентировались на подобные пропорции задолго до того, как Редфилд написал свою научную работу, а его имя было использовано в коммерческих целях производителями УДО. Как было на самом деле – вряд ли кто-то знает.
Довод 2. На практике невозможно строго выдерживать пропорцию, потому что растения получают азот и фосфор не только из удобрений.
Это справедливое замечание. Действительно, нужно не просто вносить элементы в заданной пропорции, но и следить за составом воды в аквариуме. Азот и фосфор растения получают также из почвы, воды, корма для рыб.
Нужно следить за составом воды в аквариуме
Соответственно, надо периодически делать анализ воды, быть внимательными к любым изменениям внутри экосистемы, при необходимости менять продолжительность светового дня и схемы внесения УДО. Однако никто и не утверждал, что соблюдение пропорции Редфилда – это все, что нужно для содержания аквариума.
Роль удобрений в жизни аквариумных растений
Ответы на часто задаваемые вопросы
С пропорциями более-менее понятно, а сколько нужно УДО по количеству?
Зависит от количества растений. Чем больше их на кубический сантиметр, тем активнее нужно удобрять.
Соблюдаю Редфилда, но все равно появились сине-зеленые водоросли, что делать?
Вносить меньшее количество удобрений, сохраняя пропорцию, и/или сократить световой день до 6-8 часов.
Как часто нужно добавлять удобрения, чтобы соблюдать пропорцию?
Все индивидуально, зависит от аквариума. Можно вносить каждый день понемножку или один раз в три дня и следить за тем, чтобы не были ни недостатка, ни избытка элементов.
По какому элементу рассчитывать: по азоту или по фосфору?
По фосфору. Если его не хватает, надо внести и добавить вместе с ним 10-12-кратное количество азота. Иначе, при насыщении фосфором, блокирующим элементом станет уже азот.
Если растения получают азот и фосфор от рыб, из воды и почвы, то, может быть, удобрения необязательны?
Да, такое возможно. Поэтому в новом аквариуме надо не спешить добавлять УДО, а сначала посмотреть, как развивается экосистема. Если рыб много, а растений мало, то удобрения потребуются не скоро.
Итак, что же мы имеем в итоге? Соотношение Редфилда — это не закон природы, а скорее интересное наблюдение, которое в среднем часто оказывается верным для открытого океана. Оно показывает удивительное постоянство в соотношении углерода, азота и фосфора в планктоне и воде. Это как если бы морские организмы придерживались некоего универсального рецепта жизни.
Работает ли оно всегда? Нет, и в этом главная причина споров. В прибрежных водах, озерах или в богатых железом районах океана это соотношение легко нарушается. Ученые спорят не о том, существует ли это правило, а о том, насколько оно фундаментально. Одни видят в нем глубокий принцип, другие — просто статистическое совпадение, которое хорошо работает лишь в идеальных условиях.
Поэтому сегодня соотношение Редфилда стоит рассматривать как полезный ориентир, а не как абсолютную истину. Оно помогает строить модели и понимать общие принципы круговорота веществ. Но при этом всегда стоит помнить, что реальный мир, особенно у берегов, куда сложнее и разнообразнее, чем любая красивая формула. Его ценность именно в том, что оно, будучи простым, продолжает стимулировать новые исследования и дискуссии в науке об океане.
