Algenvrij met Redfield ratio

Algen! Welke aquarist(e) heeft er niet eens ervaring mee opgedaan? Het Aquarium kan met gemak een hele jaargang vullen met alleen artikelen die over algen zijn verschenen. Vele methoden zijn in de strijd tegen die verdraaide algen al toegepast, meestal met wisselend succes. In dit artikel willen wij u een nieuwe methode presenteren die in de praktijk wel blijkt te werken.

Zoals velen werd ook Adriaan Briene geplaagd door blauwalgen in zijn aquarium. Op zoek naar een oplossing ging hij lezen. In Amerikaanse en Engelse studieboeken over limnologie (zoetwaterkunde) kwam hij de Redfield Ratio (RR) tegen. Wat die Redfield Ratio nu helemaal precies inhoudt, is in het kader te lezen, maar in grote lijnen geeft het de verhouding aan tussen stikstof (N) en fosfor (P). Stikstof komt in het aquarium onder andere voor als ammonia, nitriet en nitraat, fosfor als fosfaat.

Voor behandeling met fosfaatOp basis van de gevonden literatuur zou Adriaan nitraat aan zijn bak moeten toevoegen. Dat leek uiterst vreemd, omdat bijna iedereen geleerd heeft dat een bak met blauwalgen vervuild is. Water verversen leek daarom logischer. Adriaan deed dat niet. Hij las verder en vond dat blauwalgen stikstof uit de lucht kunnen opnemen om zo in hun voedingsbehoefte te voorzien. Door de blauwalgen uit het aquarium te halen en onder in zijn biologische filter te deponeren, stierven de blauwalgen af door lichtgebrek en kwam de stikstof in de vorm van ammonia weer vrij. Dat wordt door planten opgenomen. En inderdaad verdwenen de blauwalgen niet alleen in het filter als sneeuw voor de zon, maar ook in de bak.

Na behandeling met fosfaatDe vraag na dit succes was dan natuurlijk of dit een op zich staand geval was en of dit voor meer aquaria op zou gaan. Charles Buddendorf was de volgende die de Redfield Ratio gebruikte om van zijn blauwalg af te komen. Ook hier weer was er sprake van een lage N:P-ratio: wel wat fosfaat, geen nitraat te meten. Charles ging aan de slag met de Redfield Ratio. Ditmaal niet met blauwalg, maar met toevoeging van 'nitraat uit de pot'. Hij gebruikte kaliumnitraat (KNO3). Van de stikstofvormen in een aquarium is nitraat het minst giftig voor de vissen. Bovendien is het ook een voedingsstof voor de planten.

Verder is ook kalium voor de planten een belangrijke voedingsstof. Na dit gebruikt te hebben, verdwenen ook hier de algen als sneeuw voor de zon. De methode werkte voor de tweede keer!
Na dit succes werden de oud-kampioenen Ruud Setteur en Willem Zaal benaderd. Gevraagd werd om hun waterwaarden op te sturen. Na analyse van deze waarden bleek dat zij hun aquaria hadden gestuurd op waarden dicht bij de optimale Redfield Ratio! Niet op basis van de Redfield Ratio-theorie, maar op basis van een jarenlange ervaring in het kijken naar het effect van bepaalde handelingen op de plantengroei. Meer aquaristen die van de methode hoorden, pasten deze toe. Ook zij kwamen met positieve resultaten. Draadalg verdween. Groene alg verdween langzaam, zodra er een optimale verhouding werd ingesteld.
Bij iedereen die zijn/haar aquarium op de Redfield Ratio regelde, viel het op dat niet alleen de algen verdwenen, maar dat ook de planten veel beter gingen groeien.

Blijkbaar hoeft in het aquarium het nitraat- en fosfaatgehalte dus niet krampachtig laag gehouden te worden. Hierdoor krijgen de planten net iets meer voeding en dat is te zien. Juist het nitraat- en/of fosfaat uit de lagere regionen halen heeft een groot effect op het voorkomen van algen. Op dit ogenblik (2003) kunnen we dus al zeggen, dat het bestrijden van algen door middel van de Redfield Ratio zijn vruchten begint af te werpen binnen de Nederlandse aquaristiek. Het is onzes inziens een zeer hoopgevende nieuwe algenbestrijdingsmethode voor onze hobby; mede door het hoge scoringspercentage en door de snelheid van het resultaat (meestal na twee weken).

De Redfield Ratio
Om uit te leggen wat de Redfield Ratio inhoudt gaan we terug naar 1934. In die periode hield de Amerikaan Alfred C. Redfield (1890-1983) zich bezig met het onderzoeken van de samenstelling van zoöplankton in zeewater. Hij deed de opzienbarende ontdekking, dat de verhouding van koolstof (C), stikstof (N) en fosfor (P) in zoöplankton én water in alle oceanen telkens dezelfde was. Deze verhouding C:N:P bleek telkens weer 105:16:1 te zijn. Dus 106 delen koolstof op zestien delen stikstof op één deel fosfor. Afwijkingen in de verhoudingen waren altijd kleiner dan 20%. Deze verhouding van 105:16:1 wordt de Redfield Ratio genoemd, afgekort RR.
Waarom precies deze verhouding optreedt, is na al die jaren nog steeds niet helemaal duidelijk. De reden waarom de ratio in oceanen zo constant is, wordt verklaard door de stabiele watersamenstelling van oceanen en aan de voedselrijke groeicondities van zoöplankton in de oceanen. Nu zouden wij, aquaristen, niets van de Redfield Ratio gemerkt hebben, als niet het voorkomen van bepaalde algensoorten een relatie zou hebben met deze RR. Uit onderzoeken blijkt dat de cyanobacteriën (blauwalgen) zelden voorkomen bij N:P-ratio's > 29 (zie ook tabel 1). Dus als er in verhouding veel stikstof en weinig fosfor is.
Groene algen doen het bij die hoge ratio's weer veel beter. Ratio's lager dan N:P = 5:1 (weinig stikstof, veel fosfor) geven een duidelijke tendens naar blauwalg te zien. Planten blijken het optimaal te doen bij ratio's rond de Redfield Ratio van 16:1. En als de planten het goed doen... gaan de algen op hun retour. En op dat basisprincipe berust deze algenbestrijdingsmethode.

Bepaling van de Redfield Ratio in het aquarium
Om de Redfield Ratio van een aquarium te bepalen moet de verhouding van stikstof ten opzichte van fosfor bepaald worden. Stikstof komt onder andere voor in nitraat (N03-), nitriet (N02-) en ammoniak) (NH3/NH4+). Het is voldoende nauwkeurig om alleen het nitraatgehalte te meten.
Fosfor komt voornamelijk voor in fosfaat. Wanneer we dus de nitraat- en fosfaatwaarden meten, dan kunnen we aan de hand hiervan de Redfield Ratio bepalen. Het aandeel stikstof in nitraat is hierbij 14/62 (verhouding van de atoomgewichten) en het aandeel fosfor in fosfaat is 31/95. De Redfield Ratio (RR) kan dan als volgt worden berekend:

RR = (nitraat x 14/62) / (fosfaat x 31/95)
Ofte wel: Redfield Ratio = (nitraat : fosfaat) x 0,7

Is de RR lager dan 16: dan moet er meer nitraat worden toegevoegd (of fosfaat verwijderd), er is een stikstoftekort.

Is de RR hoger dan 16: dan moet er meer fosfaat worden toegevoegd (of nitraat verwijderd), er is een fosfortekort.

Het berekenen van de Redfield Ratio

Het volgende deel is een wat taai verhaal. Maar na het lezen ervan zult u ook begrijpen, waarom het zo belangrijk is om het nitraat- en fosfaatgehalte van het water in uw aquarium te meten. Voor het meten moet u wel een goede watertest kopen. In de aquariumwinkel zijn van verschillende merken goede of betere testen hiervoor te vinden. Een van de betere testen is die van Sera, zonder voor dit merk reclame te willen maken overigens. Voor het bepalen van de Redfield Ratio kan volstaan worden met het meten van het nitraat- en fosfaatgehalte van uw aquariumwater. Daarna kunnen we de Redfield Ratio berekenen. Dat kan met de formule, zoals vermeld in het kader hiernaast. Maar dat kan ook simpeler met tabel 1. De werkwijze is eenvoudig. Horizontaal staat het nitraatgehalte. Zoek de kolom waarin het nitraatgehalte staat, dat u hebt gemeten. Verticaal staat het fosfaatgehalte. Zoek de rij waarin het fosfaatgehalte staat, dat is gemeten. De Redfield Ratio is te vinden waar de kolom en de rij elkaar kruisen.

Een voorbeeld

Gemeten nitraatgehalte = 10 mg/l, gemeten fosfaatgehalte = 0,2 mg/l. Uit de tabel volgt dan een Redfield Ratio van 35. We zitten volgens de tabel in het groene gebied, dus de meeste kans op groene alg. Optimaal is een waarde van 16. Met de Redfield Ratio van 35 hebben we dus in verhouding te veel nitraat of te weinig fosfaat in het water. Het is maar net, hoe je het bekijkt. Nu we de Redfield Ratio weten, kunnen we actie ondernemen om die verhouding weer naar 16 te krijgen.

Tabel 1: Redfield Ratio berekend met gemeten nitraat- en fosfaatwaarden (inclusief auteurscorrectie d.d. 01/12/2008)

De Redfield Ratio is groter dan 16
Er is relatief meer nitraat dan fosfaat. Een aantal mogelijkheden om dit weer in balans te brengen is dan:
Het inzetten van drijfplanten, zoals het mosselplantje, dat naar verhouding veel nitraat opneemt.
Het voeren met voedsel, waar wat meer fosfaat in zit (zoals orgaanvlees voor discusvissen).
Het voeren met voedsel uit zee (Mysis, garnalen) - dit kent een Redfield Ratio van 16 - is zeker het overwegen waard.
Toevoegen van kaliumfosfaat.
Inzet van nitraat absorberende harsen.

De Redfield Ratio is kleiner dan 16
Er is relatief minder nitraat dan fosfaat. Een aantal mogelijkheden om de verhouding weer naar 16 te krijgen is dan:
Drijfplanten nemen erg veel nitraat op, indien aanwezig uitdunnen.
Gebruik fosfaatarm voer (in diepvriesvoeren, bijvoorbeeld hart, zit veel fosfaat).
Toevoegen van kaliumnitraat. Er is bij een zeer laag nitraatgehalte kans op blauwalg, dat vrije stikstof bindt. Blauwalg afhevelen en terugbrengen in een donker filter. De blauwalg gaat dood en brengt de opgenomen vrije stikstof terug in het aquarium als ammonia. De Redfield Ratio wordt ongunstig voor de blauwalg en deze verdwijnt. Deze methode is niet aan te bevelen bij sterk ruikende blauwalg. Die kunnen bij sterfte namelijk giftige stoffen afscheiden. Wees dus voorzichtig met deze methode.

Op de chemische toer

Zoals eerder vermeld, koos Charles Buddendorf voor het doseren van kaliumnitraat om zijn aquarium weer in balans te brengen. Een methode die uitstekend blijkt te werken.

Redfield Ratio groter dan 16: doseren van kaliumfosfaat.
Redfield Ratio kleiner dan 16: doseren van kaliumnitraat.

Het berekenen van de juiste dosering is nog een hele klus en daarom is ook hiervoor een tabel gemaakt.

Tabel 2: Te nemen maatregelen bij gemeten nitraat- en fosfaatgehalte
(KNO3 = kaliumnitraat, K2HPO4 = kaliumfosfaat).

Gebruik de tabel als volgt:

Allereerst maken we twee stamoplossingen. Eén voor kaliumnitraat (KN03) en eén voor kaliumfosfaat (K2HP04). Deze twee stoffen zijn bij de apotheek te verkrijgen.
We nemen twee flessen en maken hierin de volgende stamoplossingen.
We lossen 25 gram kaliumnitraat op in 500 ml (0,5 liter) leidingwater.
We lossen 5 gram kaliumfosfaat op in 500 ml leidingwater.
Dan gaan we het nitraat- en fosfaatgehalte van het aquarium meten. Vier voorbeelden.

1ste voorbeeld
Een aquarium met een nettowaterinhoud van 80 liter. We meten 15 mg/l nitraat en 0,1 mg/l fosfaat. In de tabel vinden we dan in het groene vak het getal 10. Dit betekent, dat we 10 ml per 100 liter kaliumfosfaat (groen) moeten toedienen. Hoeveel we moeten toedienen, is dan te berekenen met:

Aantal ml toedienen = tabelwaarde x inhoud aquarium/100

Dus moeten we van de stamoplossing 10 x 80/100 = 8 ml kaliumfosfaat toedienen om op de juiste Redfield Ratio uit te komen.

2de voorbeeld
Een aquarium van 300 liter. We meten 1 mg/l nitraat en 0,5 mg/l fosfaat. In de tabel vinden we dan in het blauwe vak het getal 34. Dit betekent, dat we 34 ml stamoplossing kaliumnitraat (blauw) per 100 liter moeten toedienen. Voor dit aquarium moet we 34 x 300/100 = 102 ml kaliumnitraat toedienen voor de juiste Redfield Ratio.

3de voorbeeld
Een aquarium van 125 liter. We meten 2,5 mg/l nitraat en 0,1 mg/l fosfaat. In de tabel vinden we dan in het grijze vak als eerste getal 3 en als tweede 1. Dit betekent dat we 3 ml stamoplossing kaliumnitraat per 100 liter moeten toedienen en dat we één ml stamoplossing kaliumfosfaat per 100 liter moeten toedienen.
Dit wordt dus 3 x 125/100 = 4 ml kaliumnitraat en 1 x 125/100 = 1 ml kaliumfosfaat.

4de voorbeeld
Een aquarium van 400 liter. We meten 10 mg/l nitraat en 1,5 mg/l fosfaat. In de tabel vinden we dan in het gele vak een waarde van 33%. Dit betekent dat het niet mogelijk is om kaliumnitraat of -fosfaat te doseren, omdat het nitraat- of fosfaatgehalte in het aquarium al te hoog is. Er wordt daarom geadviseerd eerst water te verversen. Hierbij gaan we er even vanuit, dat er geen nitraat of fosfaat in het verversingswater aanwezig is.
Volgens het gele vak moeten we dan 33% water verversen. Na het verversen moeten we dan de meting opnieuw herhalen en opnieuw in de tabel aflezen. U hoeft niet opnieuw te meten als u de calculator in het internet gebruikt. Deze berekent automatisch wat de waarden worden na verversen.

Het werken met de Redfield Ratio lijkt in het begin wat moeilijk, maar in de praktijk blijkt het erg mee te vallen. Als de resultaten ook nog eens positief zijn, dan is er voor deze methode een goede toekomst weggelegd.

Verdere ontwikkelingen

Verhouding tussen nitraat en fosfaat uitgedrukt in RRNa behandeling met fosfaatDe calculator in het internet
Zo'n tabel is natuurlijk mooi voor het bepalen van de Redfield Ratio, maar het kan nog gemakkelijker! Op dit moment is er een drietal websites, waarin een calculator is te vinden, waarmee de Redfield Ratio eveneens bepaald kan worden. In deze sites wordt nauwkeurig berekend hoeveel milliliter van een stamoplossing kaliumnitraat of kaliumfosfaat toegevoegd moet worden om de RR weer op het juiste niveau te brengen. Bezoek deze sites van tijd tot tijd om te kijken of er een nieuwe versie van de calculator is verschenen. Door eigen ervaringen en die van anderen wordt de calculator voortdurend verfijnd.

Bijsturen met voer

Er wordt gewerkt aan een model, waarbij getracht wordt een optimale Redfield Ratio te verkrijgen door de hoeveelheid en de samenstelling van het voedsel aan te passen aan de Redfield Ratio. Hoeveelheid en samenstelling bepalen namelijk ook in grote mate de uiteindelijke Redfield Ratio in een aquarium. Hierbij zijn de eerste resultaten zichtbaar, maar is verder onderzoek noodzakelijk. Zo blijkt bijvoorbeeld, dat veel algenproblemen alleen al voortkomen uit een te laag nitraat- en/of een te laag fosfaatgehalte. Gaan we nu bijvoorbeeld wat meer voeren, dan wordt er meer nitraat en fosfaat gevormd en kan zo ook een algenprobleem worden opgelost.
Zoals gezegd speelt de samenstelling van het voer ook een rol. Zo zijn bijvoorbeeld muggenlarven rijk aan fosfaat net als hart en ander orgaanvlees, dat vaak aan bijvoorbeeld discusvissen wordt gevoerd. Dit fosfaatrijke voer kan dan een aanleiding geven voor de vorming van blauwalg. Zo zal bij gebruik van diepvriesvoer het dooiwater relatief grote hoeveelheden fosfaat bevatten (meet het maar eens!). Bij een te hoog fosfaatgehalte is het dan aan te raden het dooiwater weg te gooien. Hierdoor wordt de hoeveelheid fosfaat met 30% verminderd. Bij een te laag fosfaatgehalte is het juist beter om het dooiwater aan het aquariumwater toe te voegen.

Continu sturen met doseersysteem

Naast het onderzoek naar het effect van voer wordt ook geëxperimenteerd met het continu sturen op de Redfield Ratio. Normaliter volstaat één keer meten en aanpassen per week. In dat geval wordt een eventuele scheve verhouding weer rechtgetrokken. Maar in een echte plantenbak bijvoorbeeld of een aquarium waarin veel vis zit, zal meteen daarna die verhouding weer scheeftrekken. In dat geval is het fraaier het kaliumnitraat en/of -fosfaat in de loop van de week geleidelijk aan het aquariumwater toe te voegen met behulp van een doseersysteem. Dat kan heel eenvoudig met een omgebouwde tijdklok en een spuit van bijvoorbeeld 60 ml. Zelfs met de hand kan dat nog. Als het gaat om plantenbakken, dan kan met de doseerspuit ook de berekende stamoplossing, ijzer, sporenelementen en eventuele andere voedingstoffen (let op de nitraat/fosfaatverhouding!) aan het water worden toegevoegd.

U ziet het: een succesvolle methode met een gefundeerde wetenschappelijke achtergrond. Als u het internet kunt gebruiken, hoeft u alleen uw gemeten nitraat en fosfaat in te vullen in de calculator en het advies rolt er meteen uit. Makkelijker kan haast niet. Aquarium houden wordt pas weer leuk zonder (al te veel) algen!

Redfield in het web
www.xs4all.nl/~buddendo/aquarium
www.aquariumhobby.nl

Auteur: 
Adriaan Briene en Charles Buddendorf