Una Comparacion Experimental entre Camas de Arena y Plenum:
Publicado: Sab, 10 Jun 2006, 22:32
Una Comparacion Experimental entre Camas de Arena y Plenum: Parte 2:
Experimentos con Anmales Vivos By Robert Toonen, Ph.D., Christoper Wee
Keywords: Spanish
El mes pasado presentamos los resultados de nuestros experimentos comparando acuarios con camas de arena profunda y Plenums bajo condiciones controladas en el laboratorio como se muestra en la Parte 1 de estas series. Aunque estos resultados son muy útiles en la comprensión de los efectos reales de los diferentes diseños de acuario, pocas personas están realmente interesadas en mantener un tanque sin animales vivos. Este mes, continuaremos con nuestra comparación experimental entre camas de arena y plenums, bajo condiciones mas realistas. Este segundo experimento usa piedra viva, peces e invertebrados junto con un completo complemento de fauna natural encontrada en sedimentos del mismo tamaño en arrecifes de Hawaii, para evaluar la capacidad relativa de las camas de arena de varias profundidades y tamaños de grano en el proceso de nutrientes, con y sin plenum debajo de ellas. En este articulo, explicaremos nuestros experimentos con animales vivos, y presentaremos los resultados para examinar científicamente la contribución relativa de: (1) el espacio vacío del plenum (cama de arena con y sin plenum); (2) la profundidad del sedimento en la cama (2.5 cms vs 9.0 cms); y (3) el tamaño medio de las partículas de sedimento en la cama (2.0 vs 0.2 mm, como tamaño promedio del diámetro de las partículas) para la capacidad y desempeño en el procesamiento de nutrientes, como un solo método de filtración y recirculación en el acuario.
Presentaremos las bases para este estudio en la Parte 1 de estas series, y no las repetiremos aquí . Si no has hecho previamente, por favor lee la Parte 1 para la introducción a este trabajo.
Métodos Experimentales y Materiales:a) Instalación del Acuario y adición de nutrientesComo se describió en el articulo previo, instalamos un diseño factorial con tres nano-tanques iguales (27 cms de largo X 17 cms de fondo X 30 cms de Alto) para cada factor: con y sin plenum, profundo o bajo, y con sedimento grueso o fino para un total de 24 acuarios experimentales (Fig. 1a,b). A diferencia de los experimentos anteriores, los ensayos con los animales vivos fueron realizados bajo condiciones naturales que pueden ser variables con el tiempo. Los acuarios fueron mantenidos a la intemperie en un lugar sombreado para proteger los acuarios de entradas como lluvia y de la luz directa del sol, pero ambos, la luz y la temperatura, fluctuaron en rangos naturales. Durante el experimento la temperatura máxima del aire registrada fue de 33ºC (~91ºF) y la temperatura mínima se registro en 19ºC (~66ºF); la temperatura de los acuarios vario en menos de esas temperaturas, se mantuvo entre 22 y 30ºC (~72 a 86ºF).
Figura 1a
El diagrama esquemático del diseño del acuario experimental para comparar directamente los efectos de la presencia o ausencia del plenum, la profundidad de la cama de sedimento, y el tamaño medio de las partículas en el sedimento en acuarios recirculantes.
Los Sedimentos de nuestro experimento anterior fueron retirados de cada tanque y mezclados entre ellos junto con sedimentos naturales del mismo tamaño recolectados de la laguna en la Isla Coco (Hawaii Institute of Marine Biology, Kaneohe, HI). Estos sedimentos, junto con una comunidad de fauna natural, fueron mezclados fuertemente a mano y redistribuidos en los acuarios para cada tratamiento. Igual que en el experimento anterior, los tratamientos de cama de arena profunda contenían 9.0 L (~2.4 galones) de sedimento seco para proveer una profundidad constante de 9.0 cm (~3.6"). Los tratamientos de cama de arena delgada contenían 2.5 L (~0.7 galones) de sedimento seco para proporcionar una profundidad constante de 2.5 cm (~1"). La grava de coral molido de Florida (#0, predominantemente de forma ovoide , con tamaños promedios de ~2x4mm, con un tamaño medio de las partículas de ~2.0 mm) desde el primer experimento se mezclo con sedimento de partículas similares, recolectado de los arrecifes alrededor de Kaneohe Bay, Hawaii. Southdown Tropical Play Sand (tamaño medio de partícula de ~0.2 mm) desde el primer experimento fue mezclada con sedimentos de tamaño similar recolectado de la laguna en la Isla Coco en Kaneohe Bay, Hawaii. Los sedimentos de cada tipo fueron perfectamente mezclados antes de ser redistribuidos entre los acuarios de tratamiento (Figura 1b).
Figura 1b
Fotografías de los acuarios usados en el experimento.
Los tratamientos fueron asignados a los mismos acuarios que en la primera prueba, y las instalaciones se realizaron de la misma manera que se describe en la Parte 1. Después de que los sedimentos fueran redistribuidos en los acuarios, los tanques se les dio 1 semana para que se asentaran, sin la adición de nutrientes adicionales, antes de la introducción de animales vivos. La circulación de agua fue mediante cabezas de poder CAP-180 como se describió antes. Los parámetros del agua fueron medidos para cada acuario al final de esta semana, determinando el punto de partida para cada acuario.
Después del periodo de estabilización de una semana, agregamos 1 kg de "piedra viva" (consistente de 1-3 piezas de esqueleto de coral natural, colectadas cerca del arrecife), un "Hawaiian sharpnose puffer" (Canthigaster jactator), un pequeño "rock urchin" (Echinometra oblongata), 00 cangrejos ermitaños "mano-izquierda" (Calcinus laevimanus), y 10 caracoles (5 Littorina sp. y 5 Nerita sp.) a cada acuario. Aunque esto suena a poca carga biológica , es importante mantener en mente que los nano-tanques usados para este experimento son de solo 3 galones. También , las pruebas de sedimento profundo fueron llenados de arena a la mitad, dejando solo la mitad del volumen del acuario para agua y animales. Si nosotros escalamos esta carga biológica a un acuario de 50 galones, tendríamos 50 libras de piedra viva, 90g de peces (8 o 9 cirujanos amarillos adultos), 16 erizos del tamaño de una pelota de golf, 220 ermitaños , 220 caracoles y la fauna natural asociada a una medio ambiente de arrecife de coral. Claramente, cuando piensas en la carga biológica a escala, cada tanque contiene una carga decente, relativa a un tanque de arrecife..
Preparamos pellets de calamar (Loligo sp.) homogéneos para la comida, como se describió en Pawlik et al. (1995). El pez fue alimentado ad libitum cada día de la semana (sin alimentar los fines de semana) hasta que no se comía el ultimo pellet ofrecido . El ultimo pellet que no se comía , se dejaba en el acuario, para proveer de comida al grupo de mantenimiento (cangrejos y caracoles) del tanque. El número de pellets en cada tanque, pudo diferir en el día a día y entre tanque y tanque. El numero final de pellets suministrado a cada tanque, fue diferente al final del experimento. Sin embargo, al través del experimento, no hubo diferencias significantes en el número de pellets de calamar para cada tratamiento. Cualquier muerte de animales fue registrado en el periodo de prueba, y animales de reemplazo fueron agregados como fuera necesario para mantener una carga biologica constante en cada tratamiento durante el periodo del experimento.
El experimento duro 118 días después de la adición de los animales vivos, sin ningún cambio de agua. Otra vez, la salinidad de cada acuario fue ajustada a ~53 mS cualquier otro día como se describió en la Parte 1.
b) Pruebas de aguaTodos los tanques fueron llenados originalmente de agua proveniente de un gran tanque con agua natural de mar bien mezclada, proveniente del sistema del Hawaii Institute of Marine Biology. Una sola muestra (50ml) de esta agua fue tomada y congelada a -80°C hasta que los análisis fueran completados al final del experimento. Asimismo, un muestra (50ml) fue tomada de cada acuario al finalizar el experimento y congelada a -80ºC. Al completar ambos periodos del experimento (este experimento y la dosificación de laboratorio, como se explica en la Parte 1 de esta serie), todas las muestras de agua fueron transportadas congeladas a la University of Hawaii at Manoa y la concentración de nutrientes del agua fueron determinados usando métodos de colometria en Technicon AutoAnalyzer como se especifico en Laws et al. (1999).
Cada acuario experimental fue analizado dos o tres veces por semana para: salinidad, pH, amonia, nitrito, nitrato, oxigeno, fosfato, calcio, alcalinidad y orgánicos disueltos, utilizando tests estándares comprados en línea. La salinidad fue determinada con un medidor electrónico de salinidad marca PinPoint (calibrado a 53.0 mS usando agua de mar IAPSO) y el Ph fue medido con un censor electrónico de PinPoint (después de 2 puntos de calibración a 7.0 y 10.0). Todos los demás parámetros fueron medidos utilizando tests estándares de Salifert, como se especifico en la Parte 1.
Figura 2
El diagrama presenta las lecturas diarias obtenidas con los tests Salifert aquarium, y las lecturas obtenidas en el Water Chemistry Analysis Lab de la University of Hawaii at Manoa usando el Technicon AutoAnalyzer. Para una comparación directa, los análisis obtenidos con los test de Salifert (mg/L) fueron convertidos in las mismas unidades de concentración que las obtenidas en el Technicon AutoAnalyzer (µM).
c) Análisis Estadístico Si no eres del todo familiar con las estadísticas, probablemente te quieras brincar esta sección . No nos detendremos para que puedas ser capaz de leer los resultados de este artículo, pero presentaremos los detalles para aquellos lectores que les interese saber como se realizaron los análisis .
Realizamos todas las estadísticas usando JMPin ver. 4.0.2 Academic Version (SAS Institute Inc.). Realizamos una doble variación linear de las lecturas tomadas de los acuarios (variable de respuesta) a las lecturas del AutoAnalyzer (factor), y medimos la significancia del Lack of Fit test como se implementa en el JMPin. Todas las demás pruebas estadísticas fueron realizadas utilizando Análisis de Variación como se implementa en el JMPin. Primero confirmamos la conformidad de las aseveraciones utilizadas en Shapiro-Wilks, y homogéneamente con la variación usando pruebas Bartletts (alpha = 0.01) antes de realizar el análisis ANOVA. El modelo completo ANOVA fue utilizado para la presencia o ausencia de plenum, el tamaño medio de partícula de los sedimentos, la profundidad de la cama de arena y las interacciones con sus posibles efectos; la salinidad, amonia, nitrito, nitrato, oxigeno , fosfato, alcalinidad y calcio fueron medidos como variable de respuesta. Diferencias significantes entre pares de tratamientos (plenum vs. nada; partículas finas vs. gruesas; sedimentos delgados vs. profundos) fueron determinados para cada variable de respuesta por el efecto de las pruebas como se implementa en el JMPin. Los datos fueron diagramados utilizando PSI Plot ver, 7.01 (Poly Software International, Inc.).
Nuestros Resultados Experimentalesa) Experimentos en acuarios con animales vivosLa serie en el tiempo de la concentración de amonia, nitrito y nitrato en los acuarios muestran pequeñas diferencias entre los tratamientos (Figs. 3-5). Igual que con el experimento de dosificación presentado en la Parte 1, la serie de tiempo para el pH, salinidad, amonia, nitrito y nitrato en los acuarios, no muestran diferencias significativas entre los tratamientos (los datos no se muestran). El análisis de la variación para cara parámetro del agua, revelan que no hay diferencias significativas entre la salinidad, amonia, nitrato, oxigeno o concentración es orgánicas, no hay interacciones significativas entre los tratamientos para ninguno de estos parámetros del agua (los datos no se muestran). Hubo diferencias significativas entre los tratamientos para los parámetros restantes y las variaciones fueron uniformemente grandes entre los tratamientos que incluyen animales vivos y el experimento de dosificación. (por ejemplo, hay mucha mas variación de tanque a tanque cuando se incluyen animales vivos en los acuarios).
Figura 3
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de amonia (mg / L) en los acuarios experimentales. Nótese que las concentración es de amonia a través del experimento son menores a los observados en el experimento de dosificación reportado en la Parte 1.
Figura 4
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de nitrito (mg / L) en los acuarios experimentales. Otra vez, Los lectores deben notar que las concentración es de nitrito fueron menores que los observados en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1.
Figura 5
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de nitrato (mg / L) en los acuarios experimentales. Es significativo que los picos de nitrato en el experimento con animales vivos son iguales que los observados en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1, pero esto puede ser una limitación de los tests de Salifert test que tienen una máxima lectura de 100 mg / L. Después de todo, las concentración es de nitrato registradas a través del experimento, fueron significativamente menores que los reportados en el experimento de dosificación (similares a los resultados de amonia u nitrito).
Para el final del experimento, el pH fue significativamente mayor en los acuarios con sedimento (df = 1, F = 7.68, p = 0.01) fino (8.22 ± 0.02 SE) que los que tenían sedimentos gruesos (8.10 ± 0.02 SE). Para el nitrato el análisis total de variación no fue significativo (df = 7, F = 1.25, p = 0.34). Sin embargo si hubo diferencias significativas en el tamaño de partícula por el efecto de interacción de la profundidad (df = 1, F = 6.48, p = 0.02), en donde los sedimentos profundo, grueso (27.41 mg / L ± 6.89 SE) y bajo, fino (20.42 mg / L ± 6.89 SE) tuvieron una concentración final mas alta de nitratos, mientras los sedimentos bajos, gruesos (12.08 mg / L ± 6.89 SE) y profundo fino (0.67 mg / L ± 6.89 SE) consistentemente tuvieron la concentración final mas baja de nitratos. El Fosfato finalizo significativamente mas alto en acuarios con sedimentos (df = 1, F = 119.69, p < 0.01) gruesos (0.35 ppm ± 0.02 SE) que en los finos (0.02 ppm ± 0.02 SE). El fosfato fue significativamente mas alto en tratamientos con sedimentos (df = 1, F = 5.70, p = 0.03) profundos (0.22 mg / L ± 0.02 SE) que los bajos (0.15 mg / L ± 0.02 SE), aunque esta comparación no es significante después de la corrección Bonferroni. La Alcalinidad fue significativamente mas alta en sedimentos (df = 1, F = 12.03, p < 0.01) finos (1.97 meq / L ± 0.06 SE) que en los gruesos (1.69 meq / L ± 0.06 SE). Finalmente la concentración de calcio fue significativamente mas alta en tanques con sedimentos (df = 1, F = 9.35, p < 0.01) finos (340.42 mg / L ± 2.89 SE) que gruesos (327.92 mg / L ± 2.89 SE).
No hubo otras fuentes variables o de interacción en términos que fueran significativas, sin embargo todos los parámetros, excepto uno, mostraron resultados similares al experimento de dosificación presentado en la Parte 1. Después de todo, la mayoría de las comparaciones que fueron significativas en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1 fueron cercanas a lo significativo (0.1 < p > 0.05) desafiando la alta variabilidad de los ensayos con animales vivos presentados aquí. Esta similitud, muestra que la adición de animales vivos al experimento tienen poco efecto sobre el total de los resultados. Tomando la similitud, y la creciente variabilidad con la inclusión de animales vivos, e incrementando el tamaño de la muestra para el experimento con animales vivos, ciertamente, tendríamos que mostrar tendencias idénticas en los dos experimentos. De hecho, el único parámetro que mostró efectos opuestos entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fue la alcalinidad, con y sin plenum (Fig. 6).
Figura 6
Comparación final de la concentración de nutrientes en los acuarios del experimento con y sin plenums. Las barras representan la concentración media entre tanques con (barra con cruces azules) y sin (barra con cruces rojas) plenum entre el sedimento. Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre DSB y plenum fueron señalados por medio de una asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colormetria. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos..
b) Pruebas de agua en los acuariosLas comparaciones entre la concentración de nutrientes en las muestras de agua inicial y final fueron determinadas por el AutoAnalyzer contra los resultados obtenidos de los tests de Salifert, fueron significativamente bien co-relacionados (r2 = 0.75, F = 10.19, P < 0.01) para usar los valores de los test como medida relativa de los nutrientes en los acuarios durante el experimento. Esta co- relación (también presentada en la Parte 1) es una comparación directa de las lecturas de los test de Salifert (en mg/L) y las concentración es obtenidas del AutoAnalyzer (en µM). Sin embargo, esto no es actualmente una comparación justa. Si nosotros convertimos los resultados de los test de Salifert a concentración es en µM (para una comparación directa de la exactitud del test, mas bien que la magnitud relativa como se reporto en la co- relación anterior), la co- relación es actualmente mejor (r2 = 0.83, F = 5.41, P < 0.01, Fig. 2). Aunque hay una co- relación decente entre los valores obtenidos con el AutoAnalyzer y los test de Salifert, las lecturas totales de los tests de Salifert (143.5 ± 25.4) fueron significativamente altas en promedio que las lecturas (df = 1, F = 356.0, p < 0.01) del del AutoAnalyzer (84.7 ± 15.9). Aunque esto es de animar, ya que se inclinan hacia el lado conservador (alto) de los resultados, es importante notar que la diferencia entre las lecturas pudo ser mayor del doble o menor que la mitad del valor real (Fig. 2).
Así que, mientras usted utilice los tests comerciales para determinar la concentración de nutrientes en su acuario, estos tests hacen pruebas poco confiables (nosotros no probamos otros kits, y no podemos hacer comentarios sobre su exactitud). Sin embargo, hay una variación considerable entre los tests de Salifert, y si estas interesado en una lectura altamente exacta de nutrientes en el acuario, yo sugiero que lean el articulo de Dana Riddle's sobre Pruebas de Agua, Dispositivos para Acuaristas Avanzados y Profesionales en los archivos de Advanced Aquarist.
Figura 7
Comparación final de nutrientes en los acuarios experimentales con sedimentos profundos (9.0cm) y bajos (2.5cm). Las barras representan la concentración media entre tanque con sedimentos profundos (azul) y bajos (rojo). Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre sedimentos profundos y bajos, fueron marcados con un asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colormetria. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos.
Figura 8
Comparación final de nutrientes en los acuarios experimentales con partícula gruesa (diámetro medio de 2.0mm) y fina (diámetro medio de 0.2mm). Las barras representan la concentración media entre tanque con sedimento grueso ( púrpura ) y fino (verde). Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre sedimentos profundos y bajos, fueron marcados con un asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colorimetría. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos.
c) Tasas de mortandad entre tratamientos con animales vivosTambién mantuvimos un registro de las muertes de animales en el experimento con animales vivos. Cada animal en el experimento fue tratado como equivalente, y el número total de individuos que tubo que ser remplazado durante el experimento fue comparado. Comparamos la tasa de mortandad para los animales: 1) entre los experimentos (Fig. 9), y 2) por la similitud entre el diseño popular de acuarios (Fig. 10).
Figura 9
Comparación entre la tasa media de mortandad de animales (peces, cangrejos, erizos y ermitaños, combinados) entre los tratamientos experimentales. Los tratamientos que no difieren de uno a otro, fueron etiquetados con la misma letra en cada barra (solo las pruebas con sedimentos bajos son significativamente altos que las pruebas con sedimentos profundos).
Figura 10
Comparación entre la tasa media de mortandad de animales (peces, cangrejos, erizos y ermitaños, combinados) entre los tratamientos experimentales, mas cercanos a los diseños populares para acuarios. Los tratamientos son abreviaciones del plenum, profundidad de la cama de arena y el tamaño de grano de los sedimentos, en ese orden. NP denota "no plenum" mientras P denota a que hay presente "plenum". D es para camas de arena profunda "deep" (9.0 cm) y la S es para camas bajas "shallow" (3.0 cm), la C es para sedimentos gruesos "coarse" (2.0 mm) mientras la F es para finos "fine" (0.2 mm). Es importante notar que no probamos ninguno de los diseños de acuarios nombrados en esta figura - simplemente indicamos cual diseño se asemeja mas a alguno de nuestros acuarios experimentales, para que el lector pueda comparar. Típicamente, los diseños con plenum deben estar a la mitad de profundidad entre PDC y PSC, y los sistemas "Jaubert" son doblemente marcados en la figura, ya que la mortandad esperada pudiera ser la mitad entre estos dos extremos.
Para la comparación de los tratamientos, el análisis total de la variación no fue significativa (df = 7, F = 0.88, p > 0.5). Sin embargo, tuvimos casi el doble de la muerte de animales en sedimentos profundos y bajos (Fig. 9). En promedio 2.91 ± 0.46 animales tuvieron que ser repuestos en tratamientos con sedimentos bajos, mientras que solamente 1.47 ± 0.46 de los animales tuvieron que ser repuestos en pruebas con sedimentos profundos (df = 1, F = 5.23, p < 0.05). Ningún otro tratamiento o término de interacción afecto significativamente a la tasa de mortandad en nuestro experimento.
S examinamos la tasa total de mortandad entre todas las profundidades, tamaños de partícula y combinaciones en el diseño de acuarios, encontraremos que hay diferencias considerables in la tasa media de mortandad entre algunos de los tratamientos. Si examinamos el diseño de los acuarios en nuestro experimento, que son muy similares a los diseños comunes de los acuarios, podremos ver diferencias interesantes (Fig. 10). Aunque nunca quisimos hacer pruebas en todos los diseños posibles de acuarios, el acercamiento factorial que obtuvimos nos dio un acercamiento a las instalaciones más comunes de los acuarios populares. Esto nos permite comparar el desempeño relativo de los sedimentos bajos con partículas gruesas (como el usado en el método Berlin) hasta los sedimentos bajos con partículas finas (como el usado en el sistema de Miracle Mud). Claramente estos diseños específicos tienen otros componentes (como un skimmer o Miracle Mud) esto seria necesario para comparar directamente estos diseños con aquellos como Deep Sand Bed o Plenum. Sin embargo, suena razonable usar un skimmer en cualquiera de los tanques y encontrar diferentes efectos, así que la comparación relativa de los sedimentos en si mismos (como se ha usado en los diseños más populares de acuarios) es de tomar en cuenta. En la Figura 10, marcamos los tratamientos de sedimentos que se acercan más al diseño común de acuarios, para que puedan ser comparados. El diseño Jaubert-plenum usa una cama de sedimento de profundidad intermedia, así que marcamos ambas profundidades con "Jaubert". Dados los resultados, podríamos esperar que el diseño Jaubert-plenum este a la mitad entre estos dos extremos.
Después de todo, los sedimentos gruesos y profundos sin plenum, tienen la tasa mas baja de mortandad en nuestro experimento (1.0 ± 0.58 animales cambiados), mientras los sedimentos bajos y gruesos sobre un plenum tienen la tasa de mortandad mas alta (4.0 ± 1.53) en el experimento. Los sedimentos bajos y gruesos sin plenum (2.67 ± 0.88) y los sedimentos bajos y finos con (2.67 ± 0.33) o sin (2.33 ± 1.20) plenum están en el lado mas alto de la tasa de mortandad del experimento (Fig. 10). Esta combinación mas alta en la tasa de mortandad tiene un diseño muy parecido al sistema Berlin (NPSC) y al Miracle Mud (NPSF) (Figure 10).
Discusiones y ConclusionesComo explicamos en la Parte 1, los acuarios públicos y los aficionados en casa, tienen sistemas de recirculación durante mucho tiempo, basados en algún sedimento como filtración, para ayudar en el procesamiento de compuestos nitrogenados producidos por los habitantes del tanque (revisado por Delbeek, Sprung, 1994a; b; Carlson, 1999; Toonen, 2000a; b; Borneman, Lowrie, 2001; Delbeek, Sprung, In press). El diseño de estas unidades de filtración para sistemas recirculantes, para cultivar organismos del arrecife de coral, generalmente se concentra en solo algunos principales tipos: Berlin, Miracle Mud, plenum y cama de arena. Sin embargo, estos sistemas pueden ser vistos como una simple continuación desde virtualmente ningún sedimento y sustento total sobre la roca viva y el skimer en los sistemas Berlin, a una presencia extrema de sedimento sin skimmer en algunos sistemas DeepSandBed. Desafiando la diversidad de opiniones en el valor de estos diferentes diseños, la utilidad relativa de cada uno de estos tipos y el diseño mas efectivo, aun son sujetos de duras controversias (revisado por Toonen, 2000a; b).
Hay algunos estudios para comparar el desempeño relativo de determinado diseño (por ejemplo, Auger, 1999; Hovanec, 2003), sin embargo, a esta fecha, estos estudios no habían sido duplicados y solo mostraban resultados basados en comparaciones de acuarios para cada diseño. En la Parte 1, mostramos como aun en un experimento replica en laboratorio sin animales vivos y dosificando amonia para simular una actividad biológica igual en todos los tanques, hay mucha variabilidad para asegurar alguna conclusión basándose en un solo tanque. Reiteramos el punto hecho por Terry Siegel en la editorial del mes pasado: necesitamos evidencia experimental para asegurar conclusiones inteligentes sobre las ventajas relativas de algún diseño particular de acuario o algún aditivo.
Las variadas opiniones y el debate continuo sobre este tema es lo que nos llevo a iniciar este experimento hace un par de años, y finalmente presentamos los datos del experimento que comparan directamente una gran variedad de nano-acuarios. Realizamos una replica factorial, controlada de diseños experimentales para determinar el efecto relativo de la presencia o ausencia de plenum, la profundidad del sedimento, y el tamaño de las partículas en la cama de arena para la concentración de nutrientes en el acuario. De manera simple, nuestro experimento muestra que la presencia de plenum no tiene beneficios medibles sobre el depositar los sedimentos de una manera simple sobre el fondo del acuario (al menos para nano-acuarios en el tiempo que realizamos las pruebas).
Con una sola excepción, los resultados del experimento con animales vivos fueron similares a los experimentos sin animales (Figs. 7-9). Solo la alcalinidad mostró un patrón opuesto significativo en la presencia o ausencia de plenum, sobre los experimentos de dosificación y con animales vivos (Fig. 7). Aunque la concentración final de nitrato y calcio no vario entre plenum, la profundidad del sedimento o el grosor de las partículas en ninguno de los dos experimentos, ambos difirieron significativamente entre los dos experimentos. La concentración de Nitratos en el experimento con animales vivos (15.15 ± 17.51) fue significativamente menor a la del experimento de dosificación (62.76 ± 14.47) (df = 1, F = 150.33, p < 0.01). Así mismo, la concentración de calcio en el experimento con animales vivos (334.17 ± 11.81) fue significativamente menor que en el experimento de dosificación (446.67 ± 37.15) (df = 1, F = 199.95, p < 0.01).
No podemos excluir la posibilidad de que la presencia de animales vivos en el acuario puede alterar la capacidad de desnitrificacion. Sin embargo, la explicación más sensata para la baja concentración final de calcio, es que este es tomado por los animales vivos, lo que no pasa en el experimento de dosificación de la Parte 1. Lo mismo puede ser dicho para la concentración de nitratos, pero hay tres explicaciones potenciales mas: Primero, la presencia del esqueleto de coral ('piedra viva') en el experimento con animales vivos pudo haber incrementado la capacidad de filtración biológica, y pudo influir en la concentración final de nitratos. Segundo, el desperdicio introducido en el acuario por los animales vivos es mucho menor a 0.5mg NH4+ / L / dia. Basándonos en un calculo rudimentario del tamaño especifico de los desechos nitrogenados de Qian y sus colegas (2001), estimamos que la tasa de producción de amonia in las pruebas con animales vivos debio ser entre 0.05 and 0.08 NH4+ / L / dia. Finalmente, las pruebas con animales vivos fueron realizadas a la intemperie, bajo la sombra, y la presencia de alga en estos tratamientos pudo fácilmente intervenir en la toma de nitratos, relativo al experimento de dosificación. Los siguientes experimentos requerirán apuntar a las causas especificas para las reducidas concentración es de nitrato en los experimentos con animales vivos..
Para nuestra sorpresa, la mayor parte de la capacidad de proceso de nutrientes es simplemente explicada por procesos microbiológicos. Estos experimentos no muestran evidencia de que la presencia o ausencia de animales vivos u fauna en el sedimento tienen un efecto en la capacidad de proceso de nutrientes del sedimento (Figs. 7-9) - al menos en nano-tanques en el tiempo que cubrió nuestro experimento. Sin embargo, la pregunta de como estos resultados se pueden escalar a acuarios mas grandes, y el rol de la fauna del sedimento in la estabilidad a largo plazo de sistemas cerrados, ciertamente, permanecen como sujeto de estudios futuros. No podemos contestar estas preguntas con nuestros datos, y esperamos que alguien prosiga este estudio para desarrollar la pregunta de tiempo y escala en estos sistemas.
Quizás el resultado mas perplejo de este experimento es la significativa interacción entre la profundidad y el grosor del sedimento en el acuario. La simple predicción, basada en la profundidad de la cama de arena, mas profunda y mas fina, siempre reducirá la penetración de oxigeno y por lo tanto incrementara la capacidad de procesamiento del nitrato (Toonen, 2000a; b; Shimek, 2001; Delbeek, Sprung, In press). Por lo tanto, es difícil explicar porque los sedimentos profundos y gruesos (27.41 mg / L ± 6.89 SE) y bajos y finos (20.42 mg / L ± 6.89 SE) tienen la concentración final mas alta de nitratos, mientras que los sedimentos bajos y gruesos (12.08 mg / L ± 6.89 SE) y profundos y finos (0.67 mg / L ± 6.89 SE) consistentemente , tienen la concentración final mas baja de nitrato. La reducción de nitrato en sedimentos profundos y finos es sencillamente explicada por la baja penetración de oxigeno en los sedimentos. Sin embargo, elevada concentración final de nitrato en acuarios con sedimento profundo y grueso, relativo a tratamientos con sedimento bajo y grueso es difícil de comprender. Investigaciones adicionales seran necesarias para explicar la fuente de desnitrificación en sedimentos bajos y gruesos y resolver estos resultados inesperados. Durante su presentación en el MACNA XVI, Julian Sprung discutió su investigación en los efectos físicos del movimiento de agua en la capacidad de filtración biológica del sedimento en los acuarios. La conclusión básica de ese trabajo (cubierto con mayor detalle en Delbeek, Sprung, In press) es que la ubicación y el volumen de la piedra, así como la forma del arena o grava (e.g., montones, inclinada, o plana) pueden afectar dramáticamente la eficiencia del flujo de agua, la difusión del oxigeno y el procesamiento de nutrientes de la cama de arena. Los resultados que presentamos aquí, argumentan, además, que haya interacciones más complejas entre la profundidad de la cama de arena, el tamaño de las partículas y flujo que lo que pensamos intuitivamente. Obviamente, investigación adicional a estas líneas puede ser muy fructífera para finalmente entender la filtración biológica en nuestros acuarios.
Total, ambos, los resultados del experimento de dosificación y el de animales vivos, sugieren que no hay una diferencia medidle entre los diseños mas comunes de filtración por sedimentos, para mantener los parámetros estables del agua. No hay diferencias significativas entre profundidad, tamaño de partícula o tratamientos con plenum, para el proceso de amonia o nitrito en sistemas recirculantes. Los sedimentos profundos y finos tienen la concentración final mas baja de nitrato en estos tanques, pero estos valores no fueron menores que la concentración media final de nitrato en los tratamientos con sedimentos bajos y gruesos. También , contrario a nuestras expectativas, la presencia o ausencia de animales vivos y fauna en la cama de arena, no tubo impacto definitivo en la concentración final de nutrientes a través de los periodos de tiempo presentados aquí. Entonces, ¿Que explica las diferencias entre los experimentos con los acuarios presentados aquí? Bueno, esto apunta a que la mejor predicción de los niveles de nutrientes en acuario, son simplemente, la carga biológica y las muertes en los tanques. Los acuarios que tienen pocos (incluso indetectables) niveles de amonia, nitrito y nitrato, súbitamente muestran un pico substancial en los desechos nitrogenados que preluden la muerte de animales en el acuario (Fig. 11). Nuestros resultados sugieren que el nivel de carga en los acuarios, y cualquier muerte de animales, tienen mucho mayor efecto en la calidad global del agua que el diseño específico que se hubiera seleccionado.
Figura 11
Serie de Tiempo de nitrato en un acuario experimental antes y después de la muerte de un pez. La flecha el punto marca el momento en el que el pez murió, y el nivel de amonia, nitrito y nitrato muestran un incremento significativo después del evento (solo presentamos una línea como conjunto de datos representativo). Después de todo, la carga biológica y la muerte de animales parecen ser los mejores pronosticadores de la calidad de agua en los experimentos.
Ultimadamente, sin embargo, sospechamos que la mayoría de los acuaristas están menos preocupados por la exacta concentración de alguno de estos parámetros del agua, y se preocupan mas por si los animales sobreviven en sus acuarios. Nuestro experimento muestra que los sistemas con cama de arena tiene un poco menor tasa de mortalidad que los sistemas basados en plenum; asimismo, la mortalidad en tanques con sedimentos gruesos fue un poc menor que los tanques con sedimentos finos, pero ningún efecto fue significativo (Fig. 9). El único efecto significativo fue que la tasa de mortandad en sedimentos bajos fue mayor (casi el doble) que en tanques con sedimentos profundos (Fig. 9), y la tasa de mortandad mayor fue observada en acuarios con sedimentos bajos, gruesos y con plenum (Fig. 10). En la medida que los sedimentos por si mismos son un componente importante del diseño del acuario, estos resultados pueden ser usados para inferir la eficiencia de una variedad de acuarios con diferentes profundidades y tamaños de los sedimentos.
En conclusión, sin importar si observamos los experimentos de animales vivos o de dosificación, nuestros resultados muestran que no hay evidencia para ninguna supuesta ventaja del plenum. Al contrario, estos experimentos sugieren que cualquier beneficio es consecuencia directa de los sedimentos en si mismos en vez de los espacios vacíos entre ellos. Sin embargo, al menos durante el tiempo que pudimos probar, nuestros experimentos mostraron poco soporte para los supuestos beneficios de una comunidad natural de fauna en el sedimento. Después de todo, solo hay una diferencia observada entre el experimento de dosificación y el de animales vivos, y esa fue la alcalinidad, en vez de cualquier producto nitrogenado (Figs. 6-8). Este estudio es la primera comparación experimental de acuarios para comparar su desempeño relativo. No podemos asegurar el mantenimiento a largo plazo o sobrevivencia de los acuarios en este experimento, y esperamos que otros nos sigan en nuestro trabajo para finalizar este tema. Esta clase de datos experimentales es necesaria para evaluar diseños alternativos o aditivos objetivamente, y con evidencia anecdótica o estudios ireproducibles pueden siempre ser vistos con escepticismo.
Resumen Final :Nuestro experimento no muestra ninguna evidencia ni ninguno de los beneficios inherentes del plenum (revisado por Goemans 1999) con o sin animales vivos. Por el contrario, nuestros resultados sugieren que cualquier beneficio es consecuencia directa de la presencia de sedimentos por si mismos en vez del espacio vació entre ellos.
Cada diseño basado en sedimentos, parece capaz de manejar entradas de nutrientes de hasta 0.5 mg / L / dia de NH4+ - que es equivalente a un acuario bien cargado. Con estas cargas, la concentración final de amonia, nitrito y nitrato no difieren significativamente entre los acuarios 1) con y sin plenum 2) con sedimentos profundos (9.0 cm) o bajos (2.5cm) , o 3) con sedimentos de partícula gruesa (2.0mm) o fina (0.2mm). La carga biologia y la muerte de animales tienen mas efecto en la calidad del agua que el diseño del tanque.
La diferencia mas grande fue observada entre nuestros tratamientos experimentales fue la baja de la alcalinizad, y la alta concentración de fosfatos en los acuarios en los tratamientos con sedimentos gruesos, relativos a los finos. Sin embargo, la composición química de la grava puede ser responsable de este efecto, y no probamos otro tipo de gravas de tamaño similar. Recomendamos que los acuaristas prueben la disolución de cualquier grava nueva, antes de agregarla a sus acuarios.
Mostramos que puede haber variaciones extremas entre tanques iguales, hasta sin la presencia de animales vivos, como Se delinea en la Parte 1. Dada la variabilidad agregada cuando se agregaron animales vivos a la mezcal, nuestros resultados mostraron el problema con graficas y conclusiones, basadas en un solo acuario - sin importar cuan hermoso pueda ser. Los resultados de cualquier estudio que carecen de replicación adecuada y controles, deben ser vistos con suspicacia. Argumentamos que la evidencia anecdótica es una simple presentación de opiniones en casos como este, y mas de 5 años de calurosos debates entre DSB y sistemas basados en plenum han resultado en la defensa de opiniones sin ningún dato experimental.
Mostramos que hasta los Test Kits de alta calidad solo generan un estimado de la concentración de nutrientes en nuestros acuarios. Sin embargo las lecturas de los test de Salifert fueron suficientemente correlacionados con la verdadera concentración de nutrientes en los acuarios, para hacer una comparación real entre los acuarios.
La tasa global de muerte fue casi el doble en acuarios con sedimentos bajos que en los profundos. La mayor tasa global de muerte se presento en acuarios con sedimentos gruesos, bajos y con plenum, y la tasa menor de muerte se presento en camas de arena compuestas de sedimentos finos y profundos. Los tratamientos que se acercaron mas al diseño empleado por DeepSandBed, Miracle Mud y Jaubert-plenum tuvieron tasas intermedias de mortandad. Los sedimentos gruesos que se asemejan mas al sistema Berlin tienen una de las tasas de mortandad mas alta, y los sedimentos gruesos y profundos, que actualmente no tienen nombre, tienen la mortandad mas baja (Fig. 10). No probamos tanques sin sedimento, pero los datos claramente muestran que mientras mas bajo el sedimento, mayor tasa de mortandad, y no puedes tener un sedimento mas bajo que un tanque sin sedimento!.
Los resultados experimentales dieron sorpresivamente similares entre los experimentos de dosificación y con animales vivos. Contrariamente a nuestras expectativas, la presencia de animales vivos y la fauna en los sedimentos no tuvieron ningún efecto medidle en la concentración final de nutrientes en nuestros acuarios experimentales.
ReconocimientosEsta investigación fue patrocinada en parte por un Program Development Award para RJT de Hawaii Sea Grant. Fondos adicionales vinieron de donaciones de Reed Mariculture, Catalina Aquarium y mi muy comprensiva esposa, Carol Fong. Las pruebas de agua fueron hechas por Saipologa Toala y Houston Lomae como parte de un puesto interno en Pacific Islander Undergraduate Mentorship in Environmental Biology (UMEB), y apreciamos su diligencia y trabajo duro en la asistencia de este proyecto. Le damos las gracias a Ross Shaw por tomar las fotografias de las instalaciones de nuestros acuarios. Este manuscrito fue mejorado con discusiones y comentarios de Eric Borneman, Anthony Calfo, Charles Delbeek, Tom Frakes, Richard Harker, Tim Hovanec, Larry Jackson, Julian Sprung y los muchos y excelentes acuaristas en la XVI Marine Aquarium Conference of North America.
ReferenciasAuger, P., 1999. The quantitative comparison of two nutrient removal systems. St. Mary's College, Baltimore, MD.
Borneman, E.H., Lowrie, J., 2001. Advances in captive husbandry and propagation: An easily utilized reef replenishment means from the private sector? Bulletin of Marine Science 69, 897-913.
Carlson, B.A., 1999. Organism responses to rapid change: What aquaria tell us about nature. American Zoologist 39, 44-55.
Delbeek, J.C., Sprung, J., 1994a. The Reef Aquarium, Vol. 1. Ricordea Publishing, Coconut Grove, FL, 544 pp.
Delbeek, J.C., Sprung, J., 1994b. The Reef Aquarium, Vol. 2. Ricordea Publishing, Coconut Grove, FL, 546 pp.
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Hovanec, T.A., 2003. A comparison of coral reef filtration systems: preliminary results. SeaScope 20, 1-3.
Laws, E.A., Ziemannb, D., Schulman, D., 1999. Coastal water quality in Hawaii: the importance of buffer zones and dilution. Marine Environmental Research 48, 1-21.
Pawlik, J.R., Chanas, B., Toonen, R.J., Fenical, W., 1995. Defenses of Caribbean sponges against predatory reef fish. I. Chemical deterrency. Marine Ecology Progress Series 127, 183-194.
Qian, P.-Y., Wu, M.C.S., Ni, I.H., 2001. Comparison of nutrients release among some maricultured animals. Aquaculture 200, 305-316.
Shimek, R., 2001. Sand Bed Secrets: The common-sense way to biological filtration. Marc Weiss Companies, Inc., 36 pp.
Toonen, R., 2000a. Are Plenums Obsolete? Another viewpoint, Part 1. Freshwater and Marine Aquarium (FAMA) 23, 44-66.
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Experimentos con Anmales Vivos By Robert Toonen, Ph.D., Christoper Wee
Keywords: Spanish
El mes pasado presentamos los resultados de nuestros experimentos comparando acuarios con camas de arena profunda y Plenums bajo condiciones controladas en el laboratorio como se muestra en la Parte 1 de estas series. Aunque estos resultados son muy útiles en la comprensión de los efectos reales de los diferentes diseños de acuario, pocas personas están realmente interesadas en mantener un tanque sin animales vivos. Este mes, continuaremos con nuestra comparación experimental entre camas de arena y plenums, bajo condiciones mas realistas. Este segundo experimento usa piedra viva, peces e invertebrados junto con un completo complemento de fauna natural encontrada en sedimentos del mismo tamaño en arrecifes de Hawaii, para evaluar la capacidad relativa de las camas de arena de varias profundidades y tamaños de grano en el proceso de nutrientes, con y sin plenum debajo de ellas. En este articulo, explicaremos nuestros experimentos con animales vivos, y presentaremos los resultados para examinar científicamente la contribución relativa de: (1) el espacio vacío del plenum (cama de arena con y sin plenum); (2) la profundidad del sedimento en la cama (2.5 cms vs 9.0 cms); y (3) el tamaño medio de las partículas de sedimento en la cama (2.0 vs 0.2 mm, como tamaño promedio del diámetro de las partículas) para la capacidad y desempeño en el procesamiento de nutrientes, como un solo método de filtración y recirculación en el acuario.
Presentaremos las bases para este estudio en la Parte 1 de estas series, y no las repetiremos aquí . Si no has hecho previamente, por favor lee la Parte 1 para la introducción a este trabajo.
Métodos Experimentales y Materiales:a) Instalación del Acuario y adición de nutrientesComo se describió en el articulo previo, instalamos un diseño factorial con tres nano-tanques iguales (27 cms de largo X 17 cms de fondo X 30 cms de Alto) para cada factor: con y sin plenum, profundo o bajo, y con sedimento grueso o fino para un total de 24 acuarios experimentales (Fig. 1a,b). A diferencia de los experimentos anteriores, los ensayos con los animales vivos fueron realizados bajo condiciones naturales que pueden ser variables con el tiempo. Los acuarios fueron mantenidos a la intemperie en un lugar sombreado para proteger los acuarios de entradas como lluvia y de la luz directa del sol, pero ambos, la luz y la temperatura, fluctuaron en rangos naturales. Durante el experimento la temperatura máxima del aire registrada fue de 33ºC (~91ºF) y la temperatura mínima se registro en 19ºC (~66ºF); la temperatura de los acuarios vario en menos de esas temperaturas, se mantuvo entre 22 y 30ºC (~72 a 86ºF).
Figura 1a
El diagrama esquemático del diseño del acuario experimental para comparar directamente los efectos de la presencia o ausencia del plenum, la profundidad de la cama de sedimento, y el tamaño medio de las partículas en el sedimento en acuarios recirculantes.
Los Sedimentos de nuestro experimento anterior fueron retirados de cada tanque y mezclados entre ellos junto con sedimentos naturales del mismo tamaño recolectados de la laguna en la Isla Coco (Hawaii Institute of Marine Biology, Kaneohe, HI). Estos sedimentos, junto con una comunidad de fauna natural, fueron mezclados fuertemente a mano y redistribuidos en los acuarios para cada tratamiento. Igual que en el experimento anterior, los tratamientos de cama de arena profunda contenían 9.0 L (~2.4 galones) de sedimento seco para proveer una profundidad constante de 9.0 cm (~3.6"). Los tratamientos de cama de arena delgada contenían 2.5 L (~0.7 galones) de sedimento seco para proporcionar una profundidad constante de 2.5 cm (~1"). La grava de coral molido de Florida (#0, predominantemente de forma ovoide , con tamaños promedios de ~2x4mm, con un tamaño medio de las partículas de ~2.0 mm) desde el primer experimento se mezclo con sedimento de partículas similares, recolectado de los arrecifes alrededor de Kaneohe Bay, Hawaii. Southdown Tropical Play Sand (tamaño medio de partícula de ~0.2 mm) desde el primer experimento fue mezclada con sedimentos de tamaño similar recolectado de la laguna en la Isla Coco en Kaneohe Bay, Hawaii. Los sedimentos de cada tipo fueron perfectamente mezclados antes de ser redistribuidos entre los acuarios de tratamiento (Figura 1b).
Figura 1b
Fotografías de los acuarios usados en el experimento.
Los tratamientos fueron asignados a los mismos acuarios que en la primera prueba, y las instalaciones se realizaron de la misma manera que se describe en la Parte 1. Después de que los sedimentos fueran redistribuidos en los acuarios, los tanques se les dio 1 semana para que se asentaran, sin la adición de nutrientes adicionales, antes de la introducción de animales vivos. La circulación de agua fue mediante cabezas de poder CAP-180 como se describió antes. Los parámetros del agua fueron medidos para cada acuario al final de esta semana, determinando el punto de partida para cada acuario.
Después del periodo de estabilización de una semana, agregamos 1 kg de "piedra viva" (consistente de 1-3 piezas de esqueleto de coral natural, colectadas cerca del arrecife), un "Hawaiian sharpnose puffer" (Canthigaster jactator), un pequeño "rock urchin" (Echinometra oblongata), 00 cangrejos ermitaños "mano-izquierda" (Calcinus laevimanus), y 10 caracoles (5 Littorina sp. y 5 Nerita sp.) a cada acuario. Aunque esto suena a poca carga biológica , es importante mantener en mente que los nano-tanques usados para este experimento son de solo 3 galones. También , las pruebas de sedimento profundo fueron llenados de arena a la mitad, dejando solo la mitad del volumen del acuario para agua y animales. Si nosotros escalamos esta carga biológica a un acuario de 50 galones, tendríamos 50 libras de piedra viva, 90g de peces (8 o 9 cirujanos amarillos adultos), 16 erizos del tamaño de una pelota de golf, 220 ermitaños , 220 caracoles y la fauna natural asociada a una medio ambiente de arrecife de coral. Claramente, cuando piensas en la carga biológica a escala, cada tanque contiene una carga decente, relativa a un tanque de arrecife..
Preparamos pellets de calamar (Loligo sp.) homogéneos para la comida, como se describió en Pawlik et al. (1995). El pez fue alimentado ad libitum cada día de la semana (sin alimentar los fines de semana) hasta que no se comía el ultimo pellet ofrecido . El ultimo pellet que no se comía , se dejaba en el acuario, para proveer de comida al grupo de mantenimiento (cangrejos y caracoles) del tanque. El número de pellets en cada tanque, pudo diferir en el día a día y entre tanque y tanque. El numero final de pellets suministrado a cada tanque, fue diferente al final del experimento. Sin embargo, al través del experimento, no hubo diferencias significantes en el número de pellets de calamar para cada tratamiento. Cualquier muerte de animales fue registrado en el periodo de prueba, y animales de reemplazo fueron agregados como fuera necesario para mantener una carga biologica constante en cada tratamiento durante el periodo del experimento.
El experimento duro 118 días después de la adición de los animales vivos, sin ningún cambio de agua. Otra vez, la salinidad de cada acuario fue ajustada a ~53 mS cualquier otro día como se describió en la Parte 1.
b) Pruebas de aguaTodos los tanques fueron llenados originalmente de agua proveniente de un gran tanque con agua natural de mar bien mezclada, proveniente del sistema del Hawaii Institute of Marine Biology. Una sola muestra (50ml) de esta agua fue tomada y congelada a -80°C hasta que los análisis fueran completados al final del experimento. Asimismo, un muestra (50ml) fue tomada de cada acuario al finalizar el experimento y congelada a -80ºC. Al completar ambos periodos del experimento (este experimento y la dosificación de laboratorio, como se explica en la Parte 1 de esta serie), todas las muestras de agua fueron transportadas congeladas a la University of Hawaii at Manoa y la concentración de nutrientes del agua fueron determinados usando métodos de colometria en Technicon AutoAnalyzer como se especifico en Laws et al. (1999).
Cada acuario experimental fue analizado dos o tres veces por semana para: salinidad, pH, amonia, nitrito, nitrato, oxigeno, fosfato, calcio, alcalinidad y orgánicos disueltos, utilizando tests estándares comprados en línea. La salinidad fue determinada con un medidor electrónico de salinidad marca PinPoint (calibrado a 53.0 mS usando agua de mar IAPSO) y el Ph fue medido con un censor electrónico de PinPoint (después de 2 puntos de calibración a 7.0 y 10.0). Todos los demás parámetros fueron medidos utilizando tests estándares de Salifert, como se especifico en la Parte 1.
Figura 2
El diagrama presenta las lecturas diarias obtenidas con los tests Salifert aquarium, y las lecturas obtenidas en el Water Chemistry Analysis Lab de la University of Hawaii at Manoa usando el Technicon AutoAnalyzer. Para una comparación directa, los análisis obtenidos con los test de Salifert (mg/L) fueron convertidos in las mismas unidades de concentración que las obtenidas en el Technicon AutoAnalyzer (µM).
c) Análisis Estadístico Si no eres del todo familiar con las estadísticas, probablemente te quieras brincar esta sección . No nos detendremos para que puedas ser capaz de leer los resultados de este artículo, pero presentaremos los detalles para aquellos lectores que les interese saber como se realizaron los análisis .
Realizamos todas las estadísticas usando JMPin ver. 4.0.2 Academic Version (SAS Institute Inc.). Realizamos una doble variación linear de las lecturas tomadas de los acuarios (variable de respuesta) a las lecturas del AutoAnalyzer (factor), y medimos la significancia del Lack of Fit test como se implementa en el JMPin. Todas las demás pruebas estadísticas fueron realizadas utilizando Análisis de Variación como se implementa en el JMPin. Primero confirmamos la conformidad de las aseveraciones utilizadas en Shapiro-Wilks, y homogéneamente con la variación usando pruebas Bartletts (alpha = 0.01) antes de realizar el análisis ANOVA. El modelo completo ANOVA fue utilizado para la presencia o ausencia de plenum, el tamaño medio de partícula de los sedimentos, la profundidad de la cama de arena y las interacciones con sus posibles efectos; la salinidad, amonia, nitrito, nitrato, oxigeno , fosfato, alcalinidad y calcio fueron medidos como variable de respuesta. Diferencias significantes entre pares de tratamientos (plenum vs. nada; partículas finas vs. gruesas; sedimentos delgados vs. profundos) fueron determinados para cada variable de respuesta por el efecto de las pruebas como se implementa en el JMPin. Los datos fueron diagramados utilizando PSI Plot ver, 7.01 (Poly Software International, Inc.).
Nuestros Resultados Experimentalesa) Experimentos en acuarios con animales vivosLa serie en el tiempo de la concentración de amonia, nitrito y nitrato en los acuarios muestran pequeñas diferencias entre los tratamientos (Figs. 3-5). Igual que con el experimento de dosificación presentado en la Parte 1, la serie de tiempo para el pH, salinidad, amonia, nitrito y nitrato en los acuarios, no muestran diferencias significativas entre los tratamientos (los datos no se muestran). El análisis de la variación para cara parámetro del agua, revelan que no hay diferencias significativas entre la salinidad, amonia, nitrato, oxigeno o concentración es orgánicas, no hay interacciones significativas entre los tratamientos para ninguno de estos parámetros del agua (los datos no se muestran). Hubo diferencias significativas entre los tratamientos para los parámetros restantes y las variaciones fueron uniformemente grandes entre los tratamientos que incluyen animales vivos y el experimento de dosificación. (por ejemplo, hay mucha mas variación de tanque a tanque cuando se incluyen animales vivos en los acuarios).
Figura 3
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de amonia (mg / L) en los acuarios experimentales. Nótese que las concentración es de amonia a través del experimento son menores a los observados en el experimento de dosificación reportado en la Parte 1.
Figura 4
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de nitrito (mg / L) en los acuarios experimentales. Otra vez, Los lectores deben notar que las concentración es de nitrito fueron menores que los observados en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1.
Figura 5
Diagrama para la serie de tiempo para la concentración de nitrato (mg / L) en los acuarios experimentales. Es significativo que los picos de nitrato en el experimento con animales vivos son iguales que los observados en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1, pero esto puede ser una limitación de los tests de Salifert test que tienen una máxima lectura de 100 mg / L. Después de todo, las concentración es de nitrato registradas a través del experimento, fueron significativamente menores que los reportados en el experimento de dosificación (similares a los resultados de amonia u nitrito).
Para el final del experimento, el pH fue significativamente mayor en los acuarios con sedimento (df = 1, F = 7.68, p = 0.01) fino (8.22 ± 0.02 SE) que los que tenían sedimentos gruesos (8.10 ± 0.02 SE). Para el nitrato el análisis total de variación no fue significativo (df = 7, F = 1.25, p = 0.34). Sin embargo si hubo diferencias significativas en el tamaño de partícula por el efecto de interacción de la profundidad (df = 1, F = 6.48, p = 0.02), en donde los sedimentos profundo, grueso (27.41 mg / L ± 6.89 SE) y bajo, fino (20.42 mg / L ± 6.89 SE) tuvieron una concentración final mas alta de nitratos, mientras los sedimentos bajos, gruesos (12.08 mg / L ± 6.89 SE) y profundo fino (0.67 mg / L ± 6.89 SE) consistentemente tuvieron la concentración final mas baja de nitratos. El Fosfato finalizo significativamente mas alto en acuarios con sedimentos (df = 1, F = 119.69, p < 0.01) gruesos (0.35 ppm ± 0.02 SE) que en los finos (0.02 ppm ± 0.02 SE). El fosfato fue significativamente mas alto en tratamientos con sedimentos (df = 1, F = 5.70, p = 0.03) profundos (0.22 mg / L ± 0.02 SE) que los bajos (0.15 mg / L ± 0.02 SE), aunque esta comparación no es significante después de la corrección Bonferroni. La Alcalinidad fue significativamente mas alta en sedimentos (df = 1, F = 12.03, p < 0.01) finos (1.97 meq / L ± 0.06 SE) que en los gruesos (1.69 meq / L ± 0.06 SE). Finalmente la concentración de calcio fue significativamente mas alta en tanques con sedimentos (df = 1, F = 9.35, p < 0.01) finos (340.42 mg / L ± 2.89 SE) que gruesos (327.92 mg / L ± 2.89 SE).
No hubo otras fuentes variables o de interacción en términos que fueran significativas, sin embargo todos los parámetros, excepto uno, mostraron resultados similares al experimento de dosificación presentado en la Parte 1. Después de todo, la mayoría de las comparaciones que fueron significativas en el experimento de dosificación presentado en la Parte 1 fueron cercanas a lo significativo (0.1 < p > 0.05) desafiando la alta variabilidad de los ensayos con animales vivos presentados aquí. Esta similitud, muestra que la adición de animales vivos al experimento tienen poco efecto sobre el total de los resultados. Tomando la similitud, y la creciente variabilidad con la inclusión de animales vivos, e incrementando el tamaño de la muestra para el experimento con animales vivos, ciertamente, tendríamos que mostrar tendencias idénticas en los dos experimentos. De hecho, el único parámetro que mostró efectos opuestos entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fue la alcalinidad, con y sin plenum (Fig. 6).
Figura 6
Comparación final de la concentración de nutrientes en los acuarios del experimento con y sin plenums. Las barras representan la concentración media entre tanques con (barra con cruces azules) y sin (barra con cruces rojas) plenum entre el sedimento. Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre DSB y plenum fueron señalados por medio de una asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colormetria. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos..
b) Pruebas de agua en los acuariosLas comparaciones entre la concentración de nutrientes en las muestras de agua inicial y final fueron determinadas por el AutoAnalyzer contra los resultados obtenidos de los tests de Salifert, fueron significativamente bien co-relacionados (r2 = 0.75, F = 10.19, P < 0.01) para usar los valores de los test como medida relativa de los nutrientes en los acuarios durante el experimento. Esta co- relación (también presentada en la Parte 1) es una comparación directa de las lecturas de los test de Salifert (en mg/L) y las concentración es obtenidas del AutoAnalyzer (en µM). Sin embargo, esto no es actualmente una comparación justa. Si nosotros convertimos los resultados de los test de Salifert a concentración es en µM (para una comparación directa de la exactitud del test, mas bien que la magnitud relativa como se reporto en la co- relación anterior), la co- relación es actualmente mejor (r2 = 0.83, F = 5.41, P < 0.01, Fig. 2). Aunque hay una co- relación decente entre los valores obtenidos con el AutoAnalyzer y los test de Salifert, las lecturas totales de los tests de Salifert (143.5 ± 25.4) fueron significativamente altas en promedio que las lecturas (df = 1, F = 356.0, p < 0.01) del del AutoAnalyzer (84.7 ± 15.9). Aunque esto es de animar, ya que se inclinan hacia el lado conservador (alto) de los resultados, es importante notar que la diferencia entre las lecturas pudo ser mayor del doble o menor que la mitad del valor real (Fig. 2).
Así que, mientras usted utilice los tests comerciales para determinar la concentración de nutrientes en su acuario, estos tests hacen pruebas poco confiables (nosotros no probamos otros kits, y no podemos hacer comentarios sobre su exactitud). Sin embargo, hay una variación considerable entre los tests de Salifert, y si estas interesado en una lectura altamente exacta de nutrientes en el acuario, yo sugiero que lean el articulo de Dana Riddle's sobre Pruebas de Agua, Dispositivos para Acuaristas Avanzados y Profesionales en los archivos de Advanced Aquarist.
Figura 7
Comparación final de nutrientes en los acuarios experimentales con sedimentos profundos (9.0cm) y bajos (2.5cm). Las barras representan la concentración media entre tanque con sedimentos profundos (azul) y bajos (rojo). Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre sedimentos profundos y bajos, fueron marcados con un asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colormetria. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos.
Figura 8
Comparación final de nutrientes en los acuarios experimentales con partícula gruesa (diámetro medio de 2.0mm) y fina (diámetro medio de 0.2mm). Las barras representan la concentración media entre tanque con sedimento grueso ( púrpura ) y fino (verde). Las barras de error, son errores estándar entre replicas, y los parámetros que muestran una diferencia significativa entre sedimentos profundos y bajos, fueron marcados con un asterisco. La salinidad es medida en mS, alcalinidad en meq, y los orgánicos fueron presentados como una medida relativa de colorimetría. Nitrato, calcio, oxigeno, amonia, fosfato y nitrito fueron presentados en mg / L. Los tratamientos que difieren significativamente entre el experimento de dosificación y el de animales vivos fueron resaltados con una línea sobre ellos.
c) Tasas de mortandad entre tratamientos con animales vivosTambién mantuvimos un registro de las muertes de animales en el experimento con animales vivos. Cada animal en el experimento fue tratado como equivalente, y el número total de individuos que tubo que ser remplazado durante el experimento fue comparado. Comparamos la tasa de mortandad para los animales: 1) entre los experimentos (Fig. 9), y 2) por la similitud entre el diseño popular de acuarios (Fig. 10).
Figura 9
Comparación entre la tasa media de mortandad de animales (peces, cangrejos, erizos y ermitaños, combinados) entre los tratamientos experimentales. Los tratamientos que no difieren de uno a otro, fueron etiquetados con la misma letra en cada barra (solo las pruebas con sedimentos bajos son significativamente altos que las pruebas con sedimentos profundos).
Figura 10
Comparación entre la tasa media de mortandad de animales (peces, cangrejos, erizos y ermitaños, combinados) entre los tratamientos experimentales, mas cercanos a los diseños populares para acuarios. Los tratamientos son abreviaciones del plenum, profundidad de la cama de arena y el tamaño de grano de los sedimentos, en ese orden. NP denota "no plenum" mientras P denota a que hay presente "plenum". D es para camas de arena profunda "deep" (9.0 cm) y la S es para camas bajas "shallow" (3.0 cm), la C es para sedimentos gruesos "coarse" (2.0 mm) mientras la F es para finos "fine" (0.2 mm). Es importante notar que no probamos ninguno de los diseños de acuarios nombrados en esta figura - simplemente indicamos cual diseño se asemeja mas a alguno de nuestros acuarios experimentales, para que el lector pueda comparar. Típicamente, los diseños con plenum deben estar a la mitad de profundidad entre PDC y PSC, y los sistemas "Jaubert" son doblemente marcados en la figura, ya que la mortandad esperada pudiera ser la mitad entre estos dos extremos.
Para la comparación de los tratamientos, el análisis total de la variación no fue significativa (df = 7, F = 0.88, p > 0.5). Sin embargo, tuvimos casi el doble de la muerte de animales en sedimentos profundos y bajos (Fig. 9). En promedio 2.91 ± 0.46 animales tuvieron que ser repuestos en tratamientos con sedimentos bajos, mientras que solamente 1.47 ± 0.46 de los animales tuvieron que ser repuestos en pruebas con sedimentos profundos (df = 1, F = 5.23, p < 0.05). Ningún otro tratamiento o término de interacción afecto significativamente a la tasa de mortandad en nuestro experimento.
S examinamos la tasa total de mortandad entre todas las profundidades, tamaños de partícula y combinaciones en el diseño de acuarios, encontraremos que hay diferencias considerables in la tasa media de mortandad entre algunos de los tratamientos. Si examinamos el diseño de los acuarios en nuestro experimento, que son muy similares a los diseños comunes de los acuarios, podremos ver diferencias interesantes (Fig. 10). Aunque nunca quisimos hacer pruebas en todos los diseños posibles de acuarios, el acercamiento factorial que obtuvimos nos dio un acercamiento a las instalaciones más comunes de los acuarios populares. Esto nos permite comparar el desempeño relativo de los sedimentos bajos con partículas gruesas (como el usado en el método Berlin) hasta los sedimentos bajos con partículas finas (como el usado en el sistema de Miracle Mud). Claramente estos diseños específicos tienen otros componentes (como un skimmer o Miracle Mud) esto seria necesario para comparar directamente estos diseños con aquellos como Deep Sand Bed o Plenum. Sin embargo, suena razonable usar un skimmer en cualquiera de los tanques y encontrar diferentes efectos, así que la comparación relativa de los sedimentos en si mismos (como se ha usado en los diseños más populares de acuarios) es de tomar en cuenta. En la Figura 10, marcamos los tratamientos de sedimentos que se acercan más al diseño común de acuarios, para que puedan ser comparados. El diseño Jaubert-plenum usa una cama de sedimento de profundidad intermedia, así que marcamos ambas profundidades con "Jaubert". Dados los resultados, podríamos esperar que el diseño Jaubert-plenum este a la mitad entre estos dos extremos.
Después de todo, los sedimentos gruesos y profundos sin plenum, tienen la tasa mas baja de mortandad en nuestro experimento (1.0 ± 0.58 animales cambiados), mientras los sedimentos bajos y gruesos sobre un plenum tienen la tasa de mortandad mas alta (4.0 ± 1.53) en el experimento. Los sedimentos bajos y gruesos sin plenum (2.67 ± 0.88) y los sedimentos bajos y finos con (2.67 ± 0.33) o sin (2.33 ± 1.20) plenum están en el lado mas alto de la tasa de mortandad del experimento (Fig. 10). Esta combinación mas alta en la tasa de mortandad tiene un diseño muy parecido al sistema Berlin (NPSC) y al Miracle Mud (NPSF) (Figure 10).
Discusiones y ConclusionesComo explicamos en la Parte 1, los acuarios públicos y los aficionados en casa, tienen sistemas de recirculación durante mucho tiempo, basados en algún sedimento como filtración, para ayudar en el procesamiento de compuestos nitrogenados producidos por los habitantes del tanque (revisado por Delbeek, Sprung, 1994a; b; Carlson, 1999; Toonen, 2000a; b; Borneman, Lowrie, 2001; Delbeek, Sprung, In press). El diseño de estas unidades de filtración para sistemas recirculantes, para cultivar organismos del arrecife de coral, generalmente se concentra en solo algunos principales tipos: Berlin, Miracle Mud, plenum y cama de arena. Sin embargo, estos sistemas pueden ser vistos como una simple continuación desde virtualmente ningún sedimento y sustento total sobre la roca viva y el skimer en los sistemas Berlin, a una presencia extrema de sedimento sin skimmer en algunos sistemas DeepSandBed. Desafiando la diversidad de opiniones en el valor de estos diferentes diseños, la utilidad relativa de cada uno de estos tipos y el diseño mas efectivo, aun son sujetos de duras controversias (revisado por Toonen, 2000a; b).
Hay algunos estudios para comparar el desempeño relativo de determinado diseño (por ejemplo, Auger, 1999; Hovanec, 2003), sin embargo, a esta fecha, estos estudios no habían sido duplicados y solo mostraban resultados basados en comparaciones de acuarios para cada diseño. En la Parte 1, mostramos como aun en un experimento replica en laboratorio sin animales vivos y dosificando amonia para simular una actividad biológica igual en todos los tanques, hay mucha variabilidad para asegurar alguna conclusión basándose en un solo tanque. Reiteramos el punto hecho por Terry Siegel en la editorial del mes pasado: necesitamos evidencia experimental para asegurar conclusiones inteligentes sobre las ventajas relativas de algún diseño particular de acuario o algún aditivo.
Las variadas opiniones y el debate continuo sobre este tema es lo que nos llevo a iniciar este experimento hace un par de años, y finalmente presentamos los datos del experimento que comparan directamente una gran variedad de nano-acuarios. Realizamos una replica factorial, controlada de diseños experimentales para determinar el efecto relativo de la presencia o ausencia de plenum, la profundidad del sedimento, y el tamaño de las partículas en la cama de arena para la concentración de nutrientes en el acuario. De manera simple, nuestro experimento muestra que la presencia de plenum no tiene beneficios medibles sobre el depositar los sedimentos de una manera simple sobre el fondo del acuario (al menos para nano-acuarios en el tiempo que realizamos las pruebas).
Con una sola excepción, los resultados del experimento con animales vivos fueron similares a los experimentos sin animales (Figs. 7-9). Solo la alcalinidad mostró un patrón opuesto significativo en la presencia o ausencia de plenum, sobre los experimentos de dosificación y con animales vivos (Fig. 7). Aunque la concentración final de nitrato y calcio no vario entre plenum, la profundidad del sedimento o el grosor de las partículas en ninguno de los dos experimentos, ambos difirieron significativamente entre los dos experimentos. La concentración de Nitratos en el experimento con animales vivos (15.15 ± 17.51) fue significativamente menor a la del experimento de dosificación (62.76 ± 14.47) (df = 1, F = 150.33, p < 0.01). Así mismo, la concentración de calcio en el experimento con animales vivos (334.17 ± 11.81) fue significativamente menor que en el experimento de dosificación (446.67 ± 37.15) (df = 1, F = 199.95, p < 0.01).
No podemos excluir la posibilidad de que la presencia de animales vivos en el acuario puede alterar la capacidad de desnitrificacion. Sin embargo, la explicación más sensata para la baja concentración final de calcio, es que este es tomado por los animales vivos, lo que no pasa en el experimento de dosificación de la Parte 1. Lo mismo puede ser dicho para la concentración de nitratos, pero hay tres explicaciones potenciales mas: Primero, la presencia del esqueleto de coral ('piedra viva') en el experimento con animales vivos pudo haber incrementado la capacidad de filtración biológica, y pudo influir en la concentración final de nitratos. Segundo, el desperdicio introducido en el acuario por los animales vivos es mucho menor a 0.5mg NH4+ / L / dia. Basándonos en un calculo rudimentario del tamaño especifico de los desechos nitrogenados de Qian y sus colegas (2001), estimamos que la tasa de producción de amonia in las pruebas con animales vivos debio ser entre 0.05 and 0.08 NH4+ / L / dia. Finalmente, las pruebas con animales vivos fueron realizadas a la intemperie, bajo la sombra, y la presencia de alga en estos tratamientos pudo fácilmente intervenir en la toma de nitratos, relativo al experimento de dosificación. Los siguientes experimentos requerirán apuntar a las causas especificas para las reducidas concentración es de nitrato en los experimentos con animales vivos..
Para nuestra sorpresa, la mayor parte de la capacidad de proceso de nutrientes es simplemente explicada por procesos microbiológicos. Estos experimentos no muestran evidencia de que la presencia o ausencia de animales vivos u fauna en el sedimento tienen un efecto en la capacidad de proceso de nutrientes del sedimento (Figs. 7-9) - al menos en nano-tanques en el tiempo que cubrió nuestro experimento. Sin embargo, la pregunta de como estos resultados se pueden escalar a acuarios mas grandes, y el rol de la fauna del sedimento in la estabilidad a largo plazo de sistemas cerrados, ciertamente, permanecen como sujeto de estudios futuros. No podemos contestar estas preguntas con nuestros datos, y esperamos que alguien prosiga este estudio para desarrollar la pregunta de tiempo y escala en estos sistemas.
Quizás el resultado mas perplejo de este experimento es la significativa interacción entre la profundidad y el grosor del sedimento en el acuario. La simple predicción, basada en la profundidad de la cama de arena, mas profunda y mas fina, siempre reducirá la penetración de oxigeno y por lo tanto incrementara la capacidad de procesamiento del nitrato (Toonen, 2000a; b; Shimek, 2001; Delbeek, Sprung, In press). Por lo tanto, es difícil explicar porque los sedimentos profundos y gruesos (27.41 mg / L ± 6.89 SE) y bajos y finos (20.42 mg / L ± 6.89 SE) tienen la concentración final mas alta de nitratos, mientras que los sedimentos bajos y gruesos (12.08 mg / L ± 6.89 SE) y profundos y finos (0.67 mg / L ± 6.89 SE) consistentemente , tienen la concentración final mas baja de nitrato. La reducción de nitrato en sedimentos profundos y finos es sencillamente explicada por la baja penetración de oxigeno en los sedimentos. Sin embargo, elevada concentración final de nitrato en acuarios con sedimento profundo y grueso, relativo a tratamientos con sedimento bajo y grueso es difícil de comprender. Investigaciones adicionales seran necesarias para explicar la fuente de desnitrificación en sedimentos bajos y gruesos y resolver estos resultados inesperados. Durante su presentación en el MACNA XVI, Julian Sprung discutió su investigación en los efectos físicos del movimiento de agua en la capacidad de filtración biológica del sedimento en los acuarios. La conclusión básica de ese trabajo (cubierto con mayor detalle en Delbeek, Sprung, In press) es que la ubicación y el volumen de la piedra, así como la forma del arena o grava (e.g., montones, inclinada, o plana) pueden afectar dramáticamente la eficiencia del flujo de agua, la difusión del oxigeno y el procesamiento de nutrientes de la cama de arena. Los resultados que presentamos aquí, argumentan, además, que haya interacciones más complejas entre la profundidad de la cama de arena, el tamaño de las partículas y flujo que lo que pensamos intuitivamente. Obviamente, investigación adicional a estas líneas puede ser muy fructífera para finalmente entender la filtración biológica en nuestros acuarios.
Total, ambos, los resultados del experimento de dosificación y el de animales vivos, sugieren que no hay una diferencia medidle entre los diseños mas comunes de filtración por sedimentos, para mantener los parámetros estables del agua. No hay diferencias significativas entre profundidad, tamaño de partícula o tratamientos con plenum, para el proceso de amonia o nitrito en sistemas recirculantes. Los sedimentos profundos y finos tienen la concentración final mas baja de nitrato en estos tanques, pero estos valores no fueron menores que la concentración media final de nitrato en los tratamientos con sedimentos bajos y gruesos. También , contrario a nuestras expectativas, la presencia o ausencia de animales vivos y fauna en la cama de arena, no tubo impacto definitivo en la concentración final de nutrientes a través de los periodos de tiempo presentados aquí. Entonces, ¿Que explica las diferencias entre los experimentos con los acuarios presentados aquí? Bueno, esto apunta a que la mejor predicción de los niveles de nutrientes en acuario, son simplemente, la carga biológica y las muertes en los tanques. Los acuarios que tienen pocos (incluso indetectables) niveles de amonia, nitrito y nitrato, súbitamente muestran un pico substancial en los desechos nitrogenados que preluden la muerte de animales en el acuario (Fig. 11). Nuestros resultados sugieren que el nivel de carga en los acuarios, y cualquier muerte de animales, tienen mucho mayor efecto en la calidad global del agua que el diseño específico que se hubiera seleccionado.
Figura 11
Serie de Tiempo de nitrato en un acuario experimental antes y después de la muerte de un pez. La flecha el punto marca el momento en el que el pez murió, y el nivel de amonia, nitrito y nitrato muestran un incremento significativo después del evento (solo presentamos una línea como conjunto de datos representativo). Después de todo, la carga biológica y la muerte de animales parecen ser los mejores pronosticadores de la calidad de agua en los experimentos.
Ultimadamente, sin embargo, sospechamos que la mayoría de los acuaristas están menos preocupados por la exacta concentración de alguno de estos parámetros del agua, y se preocupan mas por si los animales sobreviven en sus acuarios. Nuestro experimento muestra que los sistemas con cama de arena tiene un poco menor tasa de mortalidad que los sistemas basados en plenum; asimismo, la mortalidad en tanques con sedimentos gruesos fue un poc menor que los tanques con sedimentos finos, pero ningún efecto fue significativo (Fig. 9). El único efecto significativo fue que la tasa de mortandad en sedimentos bajos fue mayor (casi el doble) que en tanques con sedimentos profundos (Fig. 9), y la tasa de mortandad mayor fue observada en acuarios con sedimentos bajos, gruesos y con plenum (Fig. 10). En la medida que los sedimentos por si mismos son un componente importante del diseño del acuario, estos resultados pueden ser usados para inferir la eficiencia de una variedad de acuarios con diferentes profundidades y tamaños de los sedimentos.
En conclusión, sin importar si observamos los experimentos de animales vivos o de dosificación, nuestros resultados muestran que no hay evidencia para ninguna supuesta ventaja del plenum. Al contrario, estos experimentos sugieren que cualquier beneficio es consecuencia directa de los sedimentos en si mismos en vez de los espacios vacíos entre ellos. Sin embargo, al menos durante el tiempo que pudimos probar, nuestros experimentos mostraron poco soporte para los supuestos beneficios de una comunidad natural de fauna en el sedimento. Después de todo, solo hay una diferencia observada entre el experimento de dosificación y el de animales vivos, y esa fue la alcalinidad, en vez de cualquier producto nitrogenado (Figs. 6-8). Este estudio es la primera comparación experimental de acuarios para comparar su desempeño relativo. No podemos asegurar el mantenimiento a largo plazo o sobrevivencia de los acuarios en este experimento, y esperamos que otros nos sigan en nuestro trabajo para finalizar este tema. Esta clase de datos experimentales es necesaria para evaluar diseños alternativos o aditivos objetivamente, y con evidencia anecdótica o estudios ireproducibles pueden siempre ser vistos con escepticismo.
Resumen Final :Nuestro experimento no muestra ninguna evidencia ni ninguno de los beneficios inherentes del plenum (revisado por Goemans 1999) con o sin animales vivos. Por el contrario, nuestros resultados sugieren que cualquier beneficio es consecuencia directa de la presencia de sedimentos por si mismos en vez del espacio vació entre ellos.
Cada diseño basado en sedimentos, parece capaz de manejar entradas de nutrientes de hasta 0.5 mg / L / dia de NH4+ - que es equivalente a un acuario bien cargado. Con estas cargas, la concentración final de amonia, nitrito y nitrato no difieren significativamente entre los acuarios 1) con y sin plenum 2) con sedimentos profundos (9.0 cm) o bajos (2.5cm) , o 3) con sedimentos de partícula gruesa (2.0mm) o fina (0.2mm). La carga biologia y la muerte de animales tienen mas efecto en la calidad del agua que el diseño del tanque.
La diferencia mas grande fue observada entre nuestros tratamientos experimentales fue la baja de la alcalinizad, y la alta concentración de fosfatos en los acuarios en los tratamientos con sedimentos gruesos, relativos a los finos. Sin embargo, la composición química de la grava puede ser responsable de este efecto, y no probamos otro tipo de gravas de tamaño similar. Recomendamos que los acuaristas prueben la disolución de cualquier grava nueva, antes de agregarla a sus acuarios.
Mostramos que puede haber variaciones extremas entre tanques iguales, hasta sin la presencia de animales vivos, como Se delinea en la Parte 1. Dada la variabilidad agregada cuando se agregaron animales vivos a la mezcal, nuestros resultados mostraron el problema con graficas y conclusiones, basadas en un solo acuario - sin importar cuan hermoso pueda ser. Los resultados de cualquier estudio que carecen de replicación adecuada y controles, deben ser vistos con suspicacia. Argumentamos que la evidencia anecdótica es una simple presentación de opiniones en casos como este, y mas de 5 años de calurosos debates entre DSB y sistemas basados en plenum han resultado en la defensa de opiniones sin ningún dato experimental.
Mostramos que hasta los Test Kits de alta calidad solo generan un estimado de la concentración de nutrientes en nuestros acuarios. Sin embargo las lecturas de los test de Salifert fueron suficientemente correlacionados con la verdadera concentración de nutrientes en los acuarios, para hacer una comparación real entre los acuarios.
La tasa global de muerte fue casi el doble en acuarios con sedimentos bajos que en los profundos. La mayor tasa global de muerte se presento en acuarios con sedimentos gruesos, bajos y con plenum, y la tasa menor de muerte se presento en camas de arena compuestas de sedimentos finos y profundos. Los tratamientos que se acercaron mas al diseño empleado por DeepSandBed, Miracle Mud y Jaubert-plenum tuvieron tasas intermedias de mortandad. Los sedimentos gruesos que se asemejan mas al sistema Berlin tienen una de las tasas de mortandad mas alta, y los sedimentos gruesos y profundos, que actualmente no tienen nombre, tienen la mortandad mas baja (Fig. 10). No probamos tanques sin sedimento, pero los datos claramente muestran que mientras mas bajo el sedimento, mayor tasa de mortandad, y no puedes tener un sedimento mas bajo que un tanque sin sedimento!.
Los resultados experimentales dieron sorpresivamente similares entre los experimentos de dosificación y con animales vivos. Contrariamente a nuestras expectativas, la presencia de animales vivos y la fauna en los sedimentos no tuvieron ningún efecto medidle en la concentración final de nutrientes en nuestros acuarios experimentales.
ReconocimientosEsta investigación fue patrocinada en parte por un Program Development Award para RJT de Hawaii Sea Grant. Fondos adicionales vinieron de donaciones de Reed Mariculture, Catalina Aquarium y mi muy comprensiva esposa, Carol Fong. Las pruebas de agua fueron hechas por Saipologa Toala y Houston Lomae como parte de un puesto interno en Pacific Islander Undergraduate Mentorship in Environmental Biology (UMEB), y apreciamos su diligencia y trabajo duro en la asistencia de este proyecto. Le damos las gracias a Ross Shaw por tomar las fotografias de las instalaciones de nuestros acuarios. Este manuscrito fue mejorado con discusiones y comentarios de Eric Borneman, Anthony Calfo, Charles Delbeek, Tom Frakes, Richard Harker, Tim Hovanec, Larry Jackson, Julian Sprung y los muchos y excelentes acuaristas en la XVI Marine Aquarium Conference of North America.
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