Ekologie rostlinného akvária

V mantinelech zdravého rozumu a kritického myšlení

264
Publikováno: 29.01.2015, Aktualizováno: 20.02.2017

Přehnojování a toxicita živin

Pokud jde o toxicitu živin pro vodní organismy, v literatuře se v této souvislosti píše především o toxicitě dusíkatých látek (amoniak, dusitany, dusičnany), toxicitě stopových prvků, především těžkých kovů (železo, měď, zinek, nikl, olovo atd.), a v poslední době i o toxicitě oxidu uhličítého (CO2).

Upozornění pro akvaristy:

Viditelné příznaky = (před)poslední stádium otravy

Negativní účinky látek na organismy mohou být různé a různě vážné. Ne všechny negativní účinky se navíc mohou projevovat i navenek. Akvaristé si zvykli posuzovat škodlivost či neškodnost různých látek na akvarijní organismy jen podle viditelných příznaků. Pokud se např. ryby začnou chovat divně, přestanou jevit zájem o potravu nebo dokonce hynou, máme zato, že koncentrace některé toxické látky je již příliš vysoká. Naopak, pokud se ryby chovají na první pohled normálně, přijímají potravu a množí se, máme zato, že je vše v naprostém pořádku. Viditelné projevy toxicity už ale obvykle patří mezi poslední stádia otravy. Ve skutečnosti však každá otrava začíná mnohem dříve, při mnohem nižších koncentracích.

Příklad CO2

Zpočátku se ryby na zvýšenou koncentraci škodlivé látky snaží adaptovat pomocí svých adaptačních mechanismů. Pokud jim například zvýšená koncentrace CO2 okyselí krev, aktivuje se u nich mechanismus, který začne přebytečný oxid uhličitý vylučovat, a zároveň vstřebávat větší množství hydrogenuhličitanů, jež přebytečné množství kyselého CO2 neutralizují. Dalším skrytým následkem zvýšené koncentrace CO2 může být tvorba vápenatých usazenin na ledvinách (úkaz zvaný "nefrokalcinóza", angl. nephrocalcinosis), které je možné odhalit pouze při pitvě. V této fázi nebude ještě na rybách na první pohled vůbec nic vidět, ale toxicita už u nich začne vystrkovat drápky a pomalu zevnitř nahlodávat jejich zdraví. Pokud bude koncentrace CO2 trvale vyšší, adaptační mechanismy přestanou stíhat plnit svou funkci a negativní projevy začnou být vážnější (např. pH červených krvinek začne stoupat, vápenaté usazeniny na ledvinách začnou omezovat jejich správnou funkci apod.). Do určité míry to ryby ještě budou zvládat, ale jakmile to překročí určitou únosnou mez, ryby začnou viditelně trpět. Teprve v této fázi si může pečlivý pozorovatel u ryb všimnout prvních viditelných projevů otravy (např. zvýšené frekvence dýchání nebo změny chování). Letargické chování, ztráta zájmu o potravu nebo narušení činnosti vnitřních orgánů či homeostázy mohou vést při neřešení příčiny nakonec až k úhynu. To už bude každému jasné, že je situace kritická. První (neviditelné) projevy toxicity sice běžní akvaristé nemohou v žádném případě zaregistrovat, ale mohou se o nich dozvědět z odborné literatury. Četné vědecké týmy totiž pouhým okem nepostřehnutelné projevy toxicity u živočichů (i rostlin) podrobně zkoumají.

Odvození bezpečné koncentrace z hodnoty LC50

Při pročítání vědeckých studií zkoumajících toxické účinky látek a sloučenin na zdraví testovaných organismů se setkáte nejčastěji s následujícími zkratkami:

ZkratkaVýznam (anglicky)Popis
LC50Lethal concentrationKoncentrace, při které dochází k úhynu 50% testovaných organismů (za stanovenou dobu)
EC50Effect concentrationKoncentrace, při které dochází k inhibičnímu efektu u 50% testovaných organismů
LOECLowest observed effect concentrationNejnižší testovaná koncentrace, při níž již došlo k inhibičnímu efektu
NOECNo observed effect concentrationNejvyšší testovaná koncentrace, u u níž ještě nebyl zaznamenán žádný negativní účinek*
Kontrolní vzorekControlVzorek bez toxických látek, který slouží pro kontrolu
* Hodnota NOEC je těsně pod hodnotou LOEC. Představuje nejvyšší možnou koncentraci, u které ještě nebyl zaznamenán žádný statisticky významný rozdíl v porovnání s kontrolním vzorkem.

Za tzv. bezpečnou koncentraci se obvykle považuje hodnota NOEC. Problém ale je, že ve většině studií, které se zabývají zkoumáním toxických účinků různých látek a sloučenin na vodní organismy, se uvádí zpravidla jen hodnota LC50 (kterou pak někteří akvaristé mylně považují za bezpečnou koncentraci). Pokud tedy hodnotu NOEC neznáme, lze si ji velmi přibližně odvodit z hodnoty LC50 podle následujícího přepočtu:

NOEC = 5% LC50 = LC50 x 0,05 neboli LC50 / 20  (pro toxické látky, které se v těle nehromadí)
NOEC = 1% LC50 = LC50 x 0,01 neboli LC50 / 100 (pro kumulativní toxické látky, jako jsou např. těžké kovy).

Takže, když se v jedné studii dočteme, že pro krevetky druhu Neocaridina denticulata stanovili vědci hodnotu LC50 na 370 µg/ℓ mědi (ve sloučenině CuSO4),
pak za bezpečnou koncentraci lze považovat ~3,7 µg/ℓ = 0,0037 mg/ℓ Cu (= 370 / 100).

Nízká hladina živin v přírodních vodách vs. vysoká koncentrace živin v akváriu:

Vzhledem k tomu, že převážná většina tropických ryb a ostatních akvarijních živočichů pochází z potoků a říček s extrémně čistou vodou s obecně velmi nízkou koncentrací živin (např. průměrná koncentrace živin v řece Amazonce se pohybuje kolem ~0.1 mg/ℓ NO2-, ~1,5 mg/ℓ NO3-, ~0.03 mg/ℓ NH4+, ~0.2 mg/ℓ Fe2+|3+, ~0.1 mg/ℓ PO43-), není jistě rozumné chovat je ve vodě, která bude znečištěná nadměrně velkým množstvím živin. Obzvláště některé metody hnojení (které doporučují přidávat do akvária vysoké dávky živin, a výrazně tak přehnojují) mohou být v tomto ohledu nebezpečné.

Co oko nevidí, srdce nebolí:

Myslíte si, že pokud se někde nějaký živočich úspěšně rozmnoží, znamená to automaticky, že se mu tam líbí? Pokud ano, tak se zkuste zamyslet nad tím, kolik lidí se rodí v podmínkách, ve kterých by nikdo z nás nechtěl žít. To, že se ryby nebo krevetky v našem akváriu množí, rozhodně nemusí znamenat, že žijí v optimálních podmínkách. Akvarijní ryby se mohou na znečištěné prostředí adaptovat zhruba stejně (špatně), jako se mohou čínské děti adaptovat na znečištěné ovzduší v okolí velkých průmyslových měst.

V této souvislosti považuji za vhodné upozornit na velmi (ekologicky) citlivý přístup, který propaguje firma ADA, jež většinu živin pro rostliny přesunula do výživných substrátů, a do vodního sloupce pak doporučuje dávkovat jen opravdu malé množství živin. Pravým opakem tohoto citlivého přístupu je metoda Estimative Index, kterou propaguje T.Barr, a která zdraví akvarijních živočichů ve své podstatě zcela přehlíží, když doporučuje ládovat do vody nepřirozeně vysoké množství živin, jaké není nikde v (člověkem nedotčené) přírodě běžné.


Oxid uhličitý (CO2)

Článek v časopise
KAYA, Hasan, Olcay HISAR, Sevdan YILMAZ, Mert GÜRKAN a Şükriye Aras HISAR. The effects of elevated carbon dioxide and temperature levels on tilapia (Oreochromis mossambicus): Respiratory enzymes, blood pH and hematological parameters. Environmental Toxicology and Pharmacology. 2016, 44, 114-119. DOI: 10.1016/j.etap.2016.05.003. ISSN 1382-6689. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1382668916300965

Podmínky v testovacích akváriích:

  • 6x nádrž 25°C (3x 14 mg/ℓ CO2 + 3x 3 mg/ℓ CO2), 6x nádrž 30°C (3x 14 mg/ℓ CO2 + 3x 3 mg/ℓ CO2)
  • 12ks ryb Oreochromis mossambicus (tropická sladkovodní ryba) v každé nádrži (každá 13-15 g, ~9-9.5 cm, mladé rybky)
  • pH 7.7→5.1, 7.0-7.3 mg/ℓ O2

Narazil jsem při svém samostudiu na jeden zajímavý článek, který zkoumal vliv zvýšené koncentrace CO2 (14 mg/ℓ) na sladkovodní tropickou rybu Okounovec mosambický ( rybicky.net/atlasryb/okounovec_mosambicky ).

Závěry studie:

  1. Zvýšená koncentrace CO2 (14 mg/ℓ) má negativní vliv na krevní (hematologické) parametry.
  2. "V důsledku zvýšené koncentrace oxidu uhličitého ve vodě dochází k hyperkapnii (= vzestup koncentrace CO2 v krvi) v důsledku abnormálně vysoké úrovně oxidu uhličitého v krvi. Nárůst parciálního tlaku oxidu uhličitého v krvi může u ryb způsobit respirační acidózu (= nahromadění CO2, které nelze vydýchat). Protože zvýšené koncentrace oxidu uhličitého způsobují v krvi a respiračním pigmentu tkáňových buněk okyselení, dochází k útlumu v příjmu a přenosu kyslíku. V případech, kdy dojde k acidifikaci a poklesu pH, mohou ryby snížené pH červených krvinek kompenzovat výměnou iontů Na+/H+ pomocí katecholaminových proteinů. Přestože se ryby v našem experimentu dokázaly s výše uvedenými problémy vypořádat (za pomoci adaptačních mechanismů) a hematologické parametry se na konci zvýšené expozice srovnaly, nemělo by z toho být vyvozováno, že to snad na ryby nemá žádný negativní vliv."
  3. Při zvýšené koncentraci CO2 došlo do dvou týdnů k útlumu aktivity enzymů, které řídí buněčný přenos sodno-draselných iontů (tzv. sodno-draselné pumpy neboli Na+/K+ ATPázy).
  4. Aby ryba přežila, snažila se s negativními podmínkami vyrovnat pomocí různých adaptačních mechanismů.

V žádné ze sledovaných skupin ryb nedošlo během experimentu k úhynu, ani nebyla zaznamenána žádná změna v příjmu potravy nebo chování ryb.

K diskuzi:

Je zajímavé, že i když žádná ryba při zvýšené koncentraci 14 mg/ℓ CO2 neuhynula a všechny ryby se podle všeho chovaly naprosto normálně (vč. příjmu potravy), přesto (skryto našim zrakům) docházelo u ryb k určitým negativním vnitřním změnám. A i když se s tím dokázali "poprat", neznamená to, že by byly zvýšené koncentrace CO2 pro ryby "procházkou růžovým sadem" (jak ze studie vyplývá). Už i při pouhých 14 mg/ℓ se musely adaptační mechanismy "pěkně ohánět", aby dokázaly přemíru kyselého CO2 v krvi nějak eliminovat. Experiment se prováděl na 144ks ryb o hmotnosti 13-15 g, což by mělo odpovídat délce asi 9.0-9.5 cm (v přírodě se dorůstají až ~40 cm, takže se asi jednalo o poměrně mladé rybky).

Když jsem před časem na některých fórech (plantedtank.net nebo barrreport.com) diskutoval se zastánci metody hnojení Estimative Index (založené na přehnojování a vysoké koncentraci CO2), často používali argument, že "jejich ryby na žádnou otravu oxidem uhličitým neumírají, normálně přijímají potravu a normálně se množí ... což prý dokazuje, že zvýšené koncentrace CO2 nemají na akvarijní ryby žádný negativní vliv". Tahle studie však upozorňuje na negativní důsledky, které nejsou pouhým okem vůbec vidět, takže si jich akvarista často ani nemůže všimnout (i kdyby své ryby pozoroval sebelépe). A to nemluvím o tom, že jsou mezi námi i akvaristé, kteří ve svých rostlinných akváriích (s rybami) používají podle všeho i 50-70 mg/ℓ CO2. Je tohle opravdu nutné a k rybám ohleduplné?

Článek v časopise
  • MORAN, D. a J.G. STØTTRUP. The effect of carbon dioxide on growth performance of juvenile Atlantic cod Gadus morhua L. Aquatic Toxicology. 2011, 102, 24-30.
  • MORAN, D., L. TUBBS a J.G. STØTTRUP. Chronic CO2 exposure markedly increases the incidence of cataracts in juvenile Atlantic cod Gadus morhua L. Aquaculture. 2012, 364, 212-216.

Podmínky v testovacích akváriích: Mladé tresky (15 g) chované v nádržích s 20‰ salinitou a 10°C po dobu 55 dní při třech koncentracích CO2: 2, 8, 18 mg/ℓ (pH 7.8, 7.4, 7.1).

Shrnutí:

  • CO2 ovlivňuje růst a efektivitu přeměny potravy mladých tresek už při koncentraci 8 mg/ℓ
  • Výskyt a intenzita šedých zákalů u mladých tresek souvisí s vystavením zvýšeným úrovním CO2

V této studii přišli vědci na to, že vážné zdravotní komplikace mohou mladým rybkám v akvakulturách působit už relativně nízké koncentrace CO2 (nad 8 mg/ℓ). Oproti koncentraci 2 mg/ℓ dosahovaly testované ryby při 8 a 18 mg/ℓ nižších hmotnostních přírůstků a nižší tloušťky. Rychlost růstu ryb u koncentrace 8 mg/ℓ byla 2,5krát nižší a u koncentrace 18 mg/ℓ dokonce 7,5krát nižší než při koncentraci 2 mg/ℓ. Při vyšších koncentracích CO2 se rovněž s vyšší frekvencí vyskytovaly případy šedých zákalů, bublinek pod sklérou, lézí a vystouplých očí. Především mezi viditelnými očními lézemi a zvýšenou koncentrací CO2 byla patrná prokazatelná souvislost. Závěrem této studie je, že už relativně nízké koncentrace CO2 kolem 8 mg/ℓ mají vliv na růst a efektivitu trávení potravy u studovaných ryb. Výskyt a intenzita šedých zákalů úzce souvisí se zvýšenými koncentracemi CO2. Na základě podobných studií o negativním vlivu zvýšených koncentrací CO2 na vývoj ryb chovaných v akvakulturách stanovila například norská vláda maximální hranici volného CO2 ve vodě u komerčních akvakultur na 15 mg/ℓ.

Jeden z autorů této studie (Dr. Moran) mi psal, že pokud chceme našim sladkovodním akvarijním rybám zajistit optimální prostředí k životu, neměla by koncentrace volného oxidu uhličitého ve vodě překračovat 15 mg/ℓ, i když ještě lepší by podle něj bylo nepřekračovat 10 mg/ℓ. Koncentrace 35 mg/ℓ je podle něho vcelku vysoká a neumí si prý představit, že by se to mohlo rybám líbit. Dokonce si prý neumí představit ani to, že by takto vysoká koncentrace CO2 měla být nutná pro zajištění dobrého růstu vodních rostlin. Jedním ze způsobů, jak se prý dá také zjistit, zda má určitá koncentrace CO2 na sladkovodní ryby negativní vliv, je hledat při pitvě na ledvinách ryb bílé vápenaté usazeniny (úkaz zvaný "nefrokalcinóza", angl. nephrocalcinosis).

K diskuzi:

Přestože různé druhy ryb mají jistě vůči zvýšeným koncentracím CO2 různou míru tolerance (což znamená, že některé druhy ryb se s tím dokážou vypořádat lépe než jiné), protože nevíme, jaká je bezpečná hodnota pro různé druhy našich akvarijních ryb, je jistě lepší (ohleduplnější) udržovat koncentraci volného CO2 v našich akváriích raději na spodní doporučené hranici, která se v odborné literatuře pohybuje kolem 10-20 mg/ℓ. Pokud vám tedy záleží na zdraví a kondici vašich ryb a bezobratlých živočichů, neměla by koncentrace CO2 ve vašem akváriu překračovat 10 mg/ℓ, za určitých podmínek (dostatečná hladina rozpuštěného kyslíku) pak můžete tuto hranici u tropických ryb posunout pravděpodobně až k 20 mg/ℓ. I zde samozřejmě platí, že řada negativních účinků nemusí být na první pohled u ryb patrná a přišlo by se na ně třeba až při pitvě, nebo při řízených vědeckých pokusech - tedy v podmínkách, které běžný akvarista není schopen simulovat. Negativní účinky, které je zpravidla schopen akvarista odhalit, spadají většinou do kategorie akutní toxicity. Většinu chronických příznaků (jako je třeba úbytek hmotnosti, narušení funkce vnitřních orgánů, nižší míra plodnosti, vyšší míra úmrtnosti plůdku apod.) není obvykle běžný akvarista schopen vůbec postřehnout. Není proto správné posuzovat zdraví a kondici ryb pouze na základě viditelných negativních příznaků, což si ale většina akvaristů stále neuvědomuje.

Kniha
WEDEMEYER, Gary A. Physiology of Fish in Intensive Culture Systems. Boston, MA: Springer US, 1996. ISBN 978-1-4615-6011-1.

Citace z odborné knihy:

"Většina povrchových vod obsahuje jen malé množství (1-2 mg/ℓ) oxidu uhličitého (CO2), který se sem rozpustil z atmosféry, nebo byl vytvořen mikrobiální dekompozicí organické hmoty ve dnových sedimentech, případně vznikl respirací mikroorganismů, řas či vodních rostlin. Hlavním zdrojem CO2 v rybnících a náhonech však bývá metabolismus ryb. Například lososovité ryby vydýchají 1,4 mg CO2 na každý miligram kyslíku, který spotřebují ... V přepravních nádržích tudíž není neobvyklé, že do 30ti minut po přidání ryb stoupne koncentrace CO2 na 20-30 mg/ℓ ... Negativní účinek oxidu uhličitého na zdraví ryb je ovlivňován také podmínkami prostředí, jako je rozpuštěný kyslík a teplota vody. Nízká hladina rozpuštěného kyslíku zvyšuje toxicitu CO2, zatímco zvýšená teplota působí opačně, protože snižuje jeho rozpustnost. Jak okolní koncentrace CO2 stoupá, zvyšuje se jeho koncentrace v krvi (hyperkapnie) a v důsledku Bohrova efektu klesá kapacita hemoglobinu vázat na sebe kyslík. K respiračním potížím kvůli omezenému transportu kyslíku do tkání dochází u lososovitých ryb při koncentracích CO2 >40 mg/ℓ. K závažné acidóze vrcholící narkotickým účinkem CO2 (anestezií) a smrtí dochází, když koncentrace CO2 překročí zhruba 100 mg/ℓ. Prokázáno bylo i to, že množství rozpuštěného kyslíku, které je u lososovitých ryb zapotřebí pro dostatečné okysličování tkání při přiměřeném pohybu (plavání) a absenci volného CO2 ve vodě se pohybuje kolem 6 mg/ℓ, zatímco při koncentraci 30 mg/ℓ CO2 už ryby k dobrému okysličení tkání potřebují 11 mg/ℓ rozpuštěného kyslíku ... Pokud koncentrace rozpuštěného CO2 není udržována pod 30-40 mg/ℓ, schopnost krve přenášet kyslík může rapidně klesnout až do bodu, kdy ani vydatné provzdušňování vody nemusí stačit k zabránění nedostatku kyslíku (hypoxie) ve tkáních ... Zkušenosti ukazují, že chované ryby dokáží tolerovat chronicky (dlouhodobě) zvýšené koncentrace rozpuštěného CO2 v rozmezí 15-20 mg/ℓ, pokud k nárůstu dochází pozvolna. V těchto podmínkách krevní pufrační systém ještě dokáže pH krve stabilizovat a dostatečným zvýšením koncentrace hydrogenuhličitanů v plazmě (které neutralizují zvýšený obsah CO2) zabránit acidóze ... K zajištění dobrého zdraví a fyziologické kondice tropických druhů ryb by tyto ryby neměly být po delší dobu vystavovány koncentracím převyšujícím 20-30* mg/ℓ. U studenovodních ryb (jako jsou třeba ryby lososovité) jsou žádoucí koncentrace <10-20 mg/ℓ CO2." (str. 67-69, můj překlad)

Poznámka:

* Výše uvedené závěry nezohledňují nejnovější vědecké studie, které u některých sladkovodních tropických ryb odhalily negativní účinky už při 14 mg/ℓ CO2.

Článek v časopise
HUSCHINA B., Záhadný oxid či kysličník uhličitý, Akvárium terárium, 1984, roč. 27, číslo 3.

Citace:

"Optimální množství [CO2], které rostlinám prospívá a rybám neškodí, se pohybuje v rozmezí 5-10 mg/ℓ".

A teď jedna kacířská otázka:

Nestálo by zato opustit dnes v rostlinných akváriích všude tolik doporučovavých 30 mg/ℓ (nebo ještě více) a vrátit se k těmto hodnotám?

Vynikající článek o CO2 a jeho účincích na ryby najdete rovněž zde: CO2 Questions & Answers – The science behind.

Dusík (N)

Dusičnany (NO3)
Článek v časopise
CAMARGO, Julio A., Alvaro ALONSO a Annabella SALAMANCA. Nitrate toxicity to aquatic animals: a review with new data for freshwater invertebrates. Chemosphere. 2005, vol. 58, issue 9, s. 1255-1267. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.10.044. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653504009993

Podmínky v testovacích akváriích: 7.7 mg/ℓ O2, 18°C, pH 7.8, 16°dGH (290 mg/ℓ CaCO3).

Hlavní nebezpečí vyšší hladiny dusičnanů (NO3) spočívá v přeměně pigmentů přenášejících kyslík do takové podoby, ve které už dále kyslík přenášet nemohou. Toxicita dusičnanů pro vodní živočichy stoupá úměrně se zvyšující se koncentrací dusičnanů a délce expozice. Zároveň však platí, že nebezpečí toxicity NO3 s velikostí těla živočicha, zvyšující se salinitou a ekologickou adaptací klesá. Sladkovodní živočichové jsou na dusičnany podle všeho citlivější než ti mořští. Koncentrace 10 mg/ℓ NO3-N (což odpovídá ~44 mg/ℓ NO3) může mít nepříznivý vliv na celou řadu sladkovodních druhů bezobratlých živočichů (blešivci [velmi podobní malým krevetkám] a chrostíci), ryb (pstruh, losos) a obojživelníků (rosnička, skokan, ropucha) → alespoň tedy v případě dlouhodobých expozic těmto hodnotám. K ochraně citlivých druhů sladkovodních živočichů před dusičnanovým znečištěním se proto doporučuje udržovat jejich hladinu ve vodě pod touto hranicí. K ochraně nejcitlivějších sladkovodních živočichů je pak vhodné nepřekračovat hladinu 2 mg/ℓ NO3-N (což odpovídá ~9 mg/ℓ NO3). U mořských živočichů může být obecně přijatelnou maximální doporučenou hodnotou 20 mg/ℓ NO3-N (což odpovídá ~90 mg/ℓ NO3). Nicméně raná vývojová stádia některých mořských bezobratlých živočichů, přivyklých na nízké hladiny dusičnanů, mohou být citlivé podobně jako citlivé druhy sladkovodních bezobratlých živočichů.

Například larvální stádium krevety Penaeus monodon (ráček jednozubý) je po vylíhnutí na zvýšenou hladinu dusičnanů extrémně citlivé, takže už při koncentraci 0.23 mg/ℓ NO3-N (= 1 mg/ℓ NO3) bylo zaznamenáno zvýšení úmrtnosti o 37%, a při koncentraci 2.26 mg/ℓ NO3-N (= 10 mg/ℓ NO3) se úmrtnost zvýšila o 43%. Na jikry některých testovaných druhů pstruhů a lososů měla negativní účinek už koncentrace kolem 1.1 mg/ℓ NO3-N (= 5 mg/ℓ NO3), přičemž při koncentracích kolem 4.5 mg/ℓ NO3-N (= 20 mg/ℓ NO3) už docházelo i k výrazně vyšší úmrtnosti potěru a plůdku. Nicméně dospělí jedinci bezobratlých a ryb jsou obvykle schopní snášet i koncentrace mnohem vyšší (častokrát i přes 400 mg/ℓ NO3).

Koncentrace dusičnanů, které jsou smrtelné pro 50% vodních organismů v průběhu 4 dnů, přesahují obvykle 400 mg/ℓ NO3.
Koncentrace, které mívají nějaké viditelné negativní účinky na vodní organismy, se pohybují zpravidla kolem 40 mg/ℓ NO3.
Koncentrace, které mohou představovat zvýšené riziko pro vývojová stádia některých citlivých živočichů, se mohou pohybovat i kolem 1-5 mg/ℓ NO3.

Studie
METTSON, Robert A., May LEHMENSIEK a Edgar F. LOWE. Nitrate toxicity in Florida springs and spring-run streams: A review of the literature and it's implications. Palatka, Florida: St. Johns River Water Managem ent District, 2007, 28 s. Dostupné z: http://floridaswater.com/technicalreports/pdfs/PP/SJ2007-PP1.pdf
Toxicita dusičnanů u bezobratlých:

Hodnoty toxicity dusičnanů u bezobratlých živočichů se uvádějí v rozmezí od 0.23 mg/ℓ do 3 400 mg/ℓ NO3-N (= 1.0 až 15 000 mg/ℓ NO3). Nejnižší hodnoty toxicity pro bezobratlé dospělé jedince se pohybují kolem 2.8-4.4 mg/ℓ NO3-N (= 12-19 mg/ℓ NO3). Sladkovodní bezobratlí jsou na hladinu dusičnanů podle všeho mnohem citlivější než mořské druhy. Většina hodnot ve spodní části škály má větší negativní účinky na larvální stádia.

Toxicita dusičnanů u ryb:

V literatuře se uvádí široký rozsah hodnot pro toxicitu dusičnanů u ryb. Nejvyšší hodnoty se pohybují i nad 1 000 mg/ℓ NO3-N (= 4 400 mg/ℓ NO3), zatímco nejnižší hodnoty (představující negativní účinky, ale nikoli smrt) se pohybují kolem 4 mg/ℓ NO3-N (= 18 mg/ℓ NO3). Největší negativní dopad mají zvýšené koncentrace dusičnanů na jikry, zárodky a rybí plůdek.

Toxicita dusičnanů u obojživelníků:

Různé druhy obojživelníků mají na toxicitu dusičnanů odlišnou citlivost, a podobně jako u ryb je v literatuře uvádět široký rozsah hodnot. Nejcitlivější se zdají být pulci žab, u nichž byly pozorovány významné negativní účinky už v rozmezí koncentrací 5-10 mg/ℓ NO3-N (= 20-40 mg/ℓ NO3).

Prahové hodnoty toxicity dusičnanů (NO3) pro bezobratlé se uvádějí na hranici 1 mg/ℓ, pro ryby kolem 5 mg/ℓ, a pro obojživelníky kolem 20 mg/ℓ NO3.

Prameny a říčky s hodnotami nad 0.2 mg/ℓ NO3-N (= 0.9 mg/ℓ NO3) se už obvykle považují za "obohacené" v důsledku lidské činnosti. Jinými slovy, v čisté pramenité vodě by neměl být obsah dusičnanů zpravidla vyšší než 1 mg/ℓ NO3. Toxicita dusičnanů bývá také mnohem větším problémem u mladších, citlivějších stádií řady živočišných druhů (jikry, zárodky a plůdek). Nejvyšší citlivost na toxicitu dusičnanů byla zaznamenána u vývojových stádií bezobratlých krevetek 0.23 mg/ℓ NO3-N (= 1 mg/ℓ NO3). Toxicita dusičnanů může hrát v přírodě roli i při přemnožení řas v tocích s vysokou koncentrací NO3, a to jednak kvůli svému negativnímu účinku dusičnanů na řasožravce (spásače řas), a jednak kvůli tomu, že vysoké koncenctrace NO3 podporují růst a množení řas.

Dusitany (NO2)
Článek v časopise
ALONSO, Alvaro a Julio A. CAMARGO. Toxicity of nitrite to three species of freshwater invertebrates. Environmental Toxicology. 2006, vol. 21, issue 1, s. 90-94. DOI: 10.1002/tox.20155. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.1002/tox.20155

Bezpečné koncentrace dusitanů pro studenovodné ryby se pohybují v rozsahu 0.0125-0.5 mg/ℓ NO2-N (= 0.04-1.6 mg/ℓ NO2), a pro bezobratlé a teplovodné ryby v rozsahu 0.5-2.5 mg/ℓ NO2-N (= 1.6-8.2 mg/ℓ NO2).

Fosfor (P)

V přírodě se fosfor vyskytuje pouze ve formě chemických sloučenin (anorganických fosforečnanů a polyfosforečnanů, a organicky vázaného fosforu), které však nejsou toxické. Do akvária se může anorganický fosfor dostat ve formě fosforečnanů a polyfosforečnanů z hnojiv, a v malém množství může být přítomen i ve zdrojové (pitné) vodě. Organicky vázaný fosfor pochází z rozkladných produktů fauny a flóry, a ze živočišných odpadů či nespotřebovaného krmiva. Nadměrné množství živin, především právě fosforu, však mají za následek vznik eutrofizace vod, jejíž důsledkem je zpravidla nárůst planktonních sinic, řas a vodních makrofyt, zhoršení hydrochemického a kyslíkového režimu, vznik a hromadění jedovatých plynů, nebo nadměrná produkce rostlinné biomasy. Zvýšené koncentrace fosforu tedy bývají pro vodní organismy škodlivé spíše nepřímo. Pokud jde tedy o fosforečnany (PO4), žádné relevantní informace o jejich případné toxicitě na vodní organismy jsem nenašel. K dispozici jsou pouze studie toxicity organických sloučenin fosforu, např. organofosfátů (esterů kyseliny fosforečné), které se však v našich akváriích nevyskytují.

Draslík (K)

Pokud jde o draslík, žádné relevantní informace o jeho případné toxicitě na vodní organismy jsem nenašel.

Železo (Fe)

Článek v časopise
VUORI, Kari-Matti. Direct and indirect effects of iron on river ecosystems. Annales Zoologici Fennici. 1995, vol. 32, issue 3, s. 317-329. ISSN: 0003-455X. Dostupné z: http://www.jstor.org/stable/23735702

Potenciální mechanismus toxicity železa má co do činění s DNA a poškozením membrán. Vyšší koncentrace železa v buňkách může vést k jejich degeneraci.

Dostupných informací o toxicitě železa na vodní živočichy je jen velmi málo, a řada z nich si vzájemně odporuje. Navíc většina studií nezkoumá odděleně vliv Fe2+ a vliv Fe ve formě elementárních částic. Je totiž známo, že rozpuštěné Fe2+ je toxičtější než Fe3+. Obecně platí, že toxicita železa se zdá být nevyšší v kyselém prostředí, kde převládá železo ve formě Fe2+. K akutní toxicitě Fe na organismy studované v laboratořích docházelo při některých studiích zpravidla v rozmezí koncentrací 3-400 mg/ℓ Fe. V jedné studii však během 4 dnů uhynulo 50% vodních larev Ephemerella subvaria (druh jepice) i při koncentraci 0.32 mg/ℓ Fe. Limit pro sladkovodní organismy v USA vydaný Agenturou na ochranu životního prostředí (EPA) je 1 mg/ℓ Fe. Ten byl odvozen od pozorování negativních účinků Fe přímo v terénu. K poškození žaber u jednoletých pstruhů může například dojít už při koncentracích kolem 2 mg/ℓ Fe (měřeno jako souhrnná koncentrace Fe2+ a Fe3+ při pH 5-6, bez přítomnosti huminových látek). Toxický může být i vysrážený okrový hydroxid železitý, pokud se jeho sraženiny usadí na jikrách nebo žábrách ryb. Velmi nebezpečné mohou být tyto sraženiny také pro bezobratlé živočichy (vč. jejich larválních stádií). Některé druhy bezobratlých řasožravců mohou z vod postupně vymizet už při koncentracích kolem 0.20-0.25 mg/ℓ Fe v důsledku škodlivého vlivu těchto koncentrací železa na perifyton (přisedlé řasy) a jiný biofilm, kterým se tito živočichové živí. Při koncentracích kolem 10-30 mg/ℓ Fe přežívá ve vodě už jen malé množství druhů.

Článek v časopise

Ryby: SHUHAIMI-OTHMAN, M., N. YAKUB, N.-A. RAMLE a A. ABAS. Comparative toxicity of eight metals on freshwater fish. Toxicology and Industrial Health. 2015, 31(9), 773-782. DOI: 10.1177/0748233712472519. ISSN 0748-2337. Dostupné také z: http://tih.sagepub.com/cgi/doi/10.1177/0748233712472519

Larvy hmyzu: SHUHAIMI-OTHMAN, M., N. YAKUB, N. S. UMIRAH a A. ABAS. Toxicity of eight metals to Malaysian freshwater midge larvae Chironomus javanus (Diptera, Chironomidae). Toxicology and Industrial Health. 2011, 27(10), 879-886. DOI: 10.1177/0748233711399318. ISSN 0748-2337. Dostupné také z: http://tih.sagepub.com/cgi/doi/10.1177/0748233711399318

Plži: SHUHAIMI-OTHMAN, M., R. NUR-AMALINA a Y. NADZIFAH. Toxicity of Metals to a Freshwater Snail, Melanoides tuberculata. The Scientific World Journal. 2012, 2012, 1-10. DOI: 10.1100/2012/125785. ISSN 1537-744x. Dostupné také z: http://www.hindawi.com/journals/tswj/2012/125785/

Toxicita železa byla studována přinejmenším u dvou druhů vodních rostlin. U rdestu Potamogeton pectinatus zaznamenali badatelé po přidání železa do substrátu (v množství 1.2 mg FeCl3/g) 75% zpomalení růstu. Listy zhnědly, kořeny zbledly nebo se zabarvily do červeno-hněda, a růst kořenů se zastavil. Rostlina Hydrilla verticillata pěstovaná ve studniční vodě s obsahem železa 1.2 mg/ℓ se zase pokryla rezavě hnědým povlakem a začala se rozkládat.

Dostupných informací o toxicitě železa na vodní živočichy postupně přibývá (především v posledním desetiletí). Problém však je, že většina studií nezkoumá odděleně vliv Fe2+ a vliv Fe ve formě elementárních částic. Je totiž známo, že rozpuštěné Fe2+ je toxičtější než Fe3+. Obecně platí, že toxicita železa se zdá být nevyšší v kyselém prostředí, kde převládá železo ve formě Fe2+. Běžně se v literatuře uvádí, že k akutní toxicitě Fe na organismy (označované jako LC50) dochází zpravidla v rozmezí koncentrací 3-400 mg/ℓ Fe.

V několika nezávislých studiích, které zkoumaly toxicitu těžkých kovů na sladkovodní ryby (Rasbora sumatrana a Poecilia reticulata), bezobratlé živočichy (sladkovodní larvu pakomára rodu Chironomus) a plže (např. jednoho z nejčastěji chovaných plžů ve sladkovodních akváriích Melanoides tuberculata), dospěli vědci k následujícím hodnotám 96h LC50 (= hodnoty, při kterých během 96h zemře polovina testovaných organismů):

CuCdZnPbNiFeAlMn
Rasbora: 0.0060.100.460.63 0.831.711.535.71
Poecilia: 0.0380.171.061.99 15.621.466.7623.91
Chironomus: 0.170.065.570.72 5.320.621.435.27
Melanoides: 0.141.493.906.82 8.468.4968.2345.59

Důležité je si uvědomit, že výše uvedené hodnoty pro ryby, platí pro dospělé jedince a představují hodnoty, při kterých by za 4 dny zemřelo v našem akváriu 50% všech jedinců. Pro juvenilní ryby (rozplavaný plůdek nebo potěr) budou tyto hodnoty jistě o mnoho nižší. Jak už také víme z úvodu článku, za bezpečnou koncentraci lze u těžkých kovů (které se v organismu hromadí) považovat 1% hodnoty LC50, tj. 100-násobně nižší koncentraci, než tu, co je uvedená v tabulce. To znamená, že dlouhodobě bezpečná koncentrace železa (Fe) v akvarijní vodě je přibližně 0.017 mg/ℓ (Rasbora), 0.015 mg/ℓ (Poecilia), 0.006 mg/ℓ (Chironomus) a 0.085 mg/ℓ (Melanoides). Porovnejte to s hodnotami, které se běžně používají při některých metodách hnojení, kde se výrazně přehnojuje (např. při metodě hnojení Estimative Index se doporučuje přidávat do vody obden 0.2 mg/ℓ Fe, tj. 0.6 mg/ℓ týdně, což minimálně u výše uvedených živočichů převyšuje dlouhodobě bezpečnou koncentraci). Pokud je železo vázáno v kvalitním chelátu, z něhož se do vody uvolňuje postupně (v malých dávkách) nebo se rychle vysráží, nemusí to být takový problém. Ne všechny těžké kovy jsou však v hnojivech v chelatované formě a ne všechny cheláty jsou dostatečně silné, aby v sobě železo udržely po dostatečně dlouhou dobu, a zajistily tak jeho pomalé uvolňování.

Určitě je proto rozumné udržovat s ohledem na ryby (a bezobratlé krevetky) koncentrace těžkých kovů ve vodě na co nejnižších koncentracích. Vhodnou ochranou před toxicitou těžkých kovů může být zvýšená koncentrace rozpuštěného organického uhlíku (DOC), nicméně při vyšších koncentracích toxických kovů nemusí živočichy ochránit ani relativně vysoké koncentrace DOC (např. 1 mg DOC na sebe dokáže navázat 0,03 mg Cu nebo Zn, což znamená, že na neutralizaci 1 mg/ℓ mědi či zinku bychom potřebovali koncentraci DOC ve vodě více než 30 mg/ℓ, což je extrémně velké množství).

Limit pro sladkovodní organismy v USA vydaný Agenturou na ochranu životního prostředí (EPA) je 1 mg/ℓ Fe. Ten byl odvozen od pozorování negativních účinků Fe přímo v terénu. K poškození žaber u jednoletých pstruhů může například dojít už při koncentracích kolem 2 mg/ℓ Fe (měřeno jako souhrnná koncentrace Fe2+ a Fe3+ při pH 5-6, bez přítomnosti huminových látek). Toxický může být i vysrážený okrový hydroxid železitý, pokud se jeho sraženiny usadí na jikrách nebo žábrách ryb. Velmi nebezpečné mohou být tyto sraženiny také pro bezobratlé živočichy (vč. jejich larválních stádií). Některé druhy bezobratlých řasožravců mohou z vod postupně vymizet už při koncentracích kolem 0.20-0.25 mg/ℓ Fe v důsledku škodlivého vlivu těchto koncentrací železa na perifyton (přisedlé řasy) a jiný biofilm, kterým se tito živočichové živí. Při koncentracích kolem 10-30 mg/ℓ Fe přežívá ve vodě už jen malé množství druhů.

Pro dobrý růst akvarijních rostlin by měly bohatě stačit koncentrace chelatovaného železa v rozmezí 0.05-0.2 mg/ℓ. Pokud ve svém akváriu použijete nějaký výživný (zahradní) substrát, nemusíte se obvykle žádným doplňováním chelatovaného železa do vody trápit.

Měď (Cu)

Údaj v databázi
Kegley, S.E., Hill, B.R., Orme S., Choi A.H., PAN Pesticide Database, Pesticide Action Network, North America (Oakland, CA, 2016). Dostupné z: http://www.pesticideinfo.org.

Acute Aquatic Ecotoxicity Summaries for CuSO4 on Crustaceans & Fish:

Obecný názevLatinský názevLC50
Korýši:
KrevetkaNeocaridina denticulata370.0 µg/ℓ
KrevetkaCaridina nilotica194.0 µg/ℓ
KrevetkaMacrobrachium sp.111.0 µg/ℓ
Sladkovodní garnáti (angl. prawns)Caridina sp.72.0 µg/ℓ
Ryby:
Dánio pruhovanéDanio rerio166.3 µg/ℓ
Živorodka mexickáPoecilia mexicana1 941.0 µg/ℓ
Živorodka duhováPoecilia reticulata6 819.0 µg/ℓ
Živorodka živorodáPoecilia vivipara331.7 µg/ℓ
RasboraRasbora daniconius neilgeriens837.6 µg/ℓ