CO2 — как обеспечить растениям в аквариуме правильное питание

Углекислый газ – важнейшее условие развития водных растений

Жизнь на Земле имеет углеродную основу – главной составляющей большинства органических веществ являются соединения углерода. Если животные потребляют всё необходимые для строительства тканей организма с пищей, то большинство растений синтезирует «строительный материал» самостоятельно.

Процесс получения растениями простейшего углевода (глюкозы) называется фотосинтезом. Его основная реакция:

6CO₂ + 6H₂O = C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Протекает синтез с поглощением энергии, на образование каждой молекулы глюкозы требуется порядка 674 кал. Растения получают ее за счет поглощения молекулами хлорофилла и других пигментов (хромофиллов).

В дальнейшем, простейшие углеводы под действием ферментов превращаются в;

• более сложные сахара;
• аминокислоты, белки, жиры, для синтеза которых требуются макро- (азот, фосфор, калий) и микроэлементы.

Это обеспечивает рост растений, развитие корневой системы, накопление листовой массы и т.д.

Некоторые растения могут использовать в качестве источника углерода другие соединения. Например, часть водных растений (элодеи, валлиснерия, роголистники, анубиасы, эхинодорусы и некоторые другие) приспособилась к потреблению ионов гидрокарбонатов (HCO₃^—) и карбонатов (CO₃^2-), наличие которых обусловлено ненулевой концентрацией солей жесткости.

Таким образом, для развития растения необходимы несколько факторов:

Проблем со световой энергией и питательными веществами аквариумные растения практически не испытывают. Для большинства из них достаточно естественного светового дня и запасенных в грунте веществ. Для более требовательных легко организовать искусственную подсветку и внесение удобрений. С основным же строительным элементом (углеродом) существуют определенные проблемы.

Причина недостатка углерода (углекислого газа)

Дефицит соединений углерода в искусственных домашних водоемах объясняется достаточно просто.

В естественных условиях источниками углерода в водоемах являются:

В результате, концентрация углекислоты в природных водоемах может составлять от 3 до 10 мг/л (в проточных) и до 30 мг/л в застойных. Этого вполне достаточно для роста водных растений.

В домашних аквариумах, даже значительного объема, картина другая:

• Аквариумисты, как правило, стремятся снизить до рекомендованных значений показатель карбонатной жесткости.
• Площади поверхности недостаточно для обогащения объема воды углекислым газом.
• Те же, кто специализируется на разведении растений, весьма неохотно идут на заселение рыб (особенно, крупных) и беспозвоночных.

Соответственно, без дополнительного источника углерода, подводная флора будет обречена на его дефицит и проблемы с развитием. Решить вопрос могут системы подачи CO₂ в аквариум.

Оптимальная концентрация углекислого газа в аквариумной воде

Лучшим способом добиться роста и гармоничного развития аквариумных растений считается обеспечение концентрации углекислого газа, соответствующей их естественным условиям обитания.

В различных источниках и на форумах по аквакультуре приводятся различные границы концентрации CO₂. Так, опытные аквариумисты нередко говорят о концентрациях от 7 до 30 мг/л, производители оборудования для аквариумов, в том числе, систем для подачи CO₂, предпочитают оперировать цифрами от 15 до 40 мг/л., например, Dennerle рекомендует поддерживать концентрацию в 15-30 мг/л, при оптимальной величине 20-25 мг/л.

Оценить верхний предел несколько сложнее. Обычно здесь учитывают факт жесткой связи содержания CO₂ в воде с карбонатной жесткостью (kH) и показателем кислотности (pH). Он позволяет по kH и pH рассчитывать концентрацию углекислоты. Но верна и обратная зависимость – рост содержания углекислого газа приводит к увеличению жесткости и снижению pH.

Соответственно, при искусственной подаче газа в аквариум, возможно изменение параметров воды, при котором водные организмы окажутся в опасности. При начальной величине kH порядка 4 градусов и нейтральной реакции, опасной для рыб и беспозвоночных концентраций может стать содержание CO₂ уже 30 мг/л., впрочем, высокий показатель жесткости и низкий pH не добавят здоровья и аквариумной флоре.

Существует понятие т.н. «карбонатного буфера». Суть явления в том, что при высоких уровнях kH для серьезного повышения pH требуется большая концентрация углекислого газа. Соответственно, в более жесткой воде содержание CO2 может быть выше без необратимых последствий для обитателей аквариума.

Важность баланса

Заботы только об оптимальной концентрации в воде углекислого газа явно недостаточно для обеспечения стабильного роста и развития аквариумных растений. Следует помнить и о других факторах, упомянутых выше – освещенности и наличии питательных веществ.

Так специалисты считают достаточным для стабильного, хоть и не быстрого роста аквариумной флоры параметры (приводятся для столба воды 0.4-0.5м):

В этом случае достаточно питательных веществ, являющихся результатом жизнедеятельности нитрифицирующих микроорганизмов и гидробионтов.

При повышении содержания CO2 до 15-20 мг/л потребуется увеличение освещенности до уровня 0.7-0.8 Вт/л. Окажется необходимо внесение питательных веществ, прежде всего азота. Необходимость подкормки фосфором и калием следует проверять по аквариумным тестам.

Владельцу аквариума следует помнить, что именно в условиях баланса высшие водные растения демонстрируют всю свою эффективность и выигрывают в конкурентной борьбе. Их бурное развитие угнетает водоросли, которые оказываются «на голодном пайке», аквариум выглядит чистым и здоровым.

Но как только баланс нарушается, простые древние водоросли (нитчатка, «Черная борода»), более приспособленные к трудным условиям одерживают верх. Их рост провоцирует дальнейшее ухудшение ситуации.

Контроль концентрации CO₂ в аквариуме

Наиболее точный и эффективный метод контроля содержания CO₂ – измерение карбонатной жесткости и pH. Выше говорилось, что концентрация углекислого газа в воде связана с этими показателями жесткой зависимостью. Значения при разных pH и kH сведены в таблицу. В ней зеленым цветом выделены оптимальное содержание в 15-30 мг/л.

Главные преимущества этого метода:

Многие, даже достаточно опытные аквариумисты предпочитают более простые методы:

• Использование дроп-чекеров

Такой индикатор представляет собой малоразмерный сосуд, наполненный специальным составом (как правило, вода с kH=4 и химический индикатор кислотности pH). Сосуд погружается в аквариум, раствор контактирует с водой и изменяет цвет в зависимости от содержания CO2.

Достоинство метода – простота, из недостатков – ограниченное время работы (но индикаторную жидкость можно перезаправить) и инерционность (на изменение цвета дроп-чекера требуется от 0.5 до 2 часов). На этом же принципе работает множество тестовых индикаторов, которые легко найти в зоомагазинах

• Подсчет пузырьков газа, поступающего из системы

В магистрали от системы до аквариума встраивается счетчик пузырьков –прозрачный заполненный водой сосуд, в котором удобно наблюдать выделение газа. . Максимально быстрый способ – позволяет оценивать концентрацию CO₂ во время подачи, даже до его растворения в воде.

Считается, что 1 пузырек в минуту на 10 л объема аквариума соответствует содержанию CO₂ 7-19 мг/л. Конечно, точность контроля невелика, но оценить концентрацию и не допустить превышения норм вполне можно.

• Интенсивность пирлинга («пузыряния»).

Интенсивность выделения растениями кислорода также напрямую зависит от концентрации углекислого газа. Многие опытные владельцы аквариумов именно по «пузырянию» растений и химическому составу воды могут на глаз оценить показатель достаточно точно

Подача CO₂ в аквариум

В простейшем варианте система подачи углекислого газа в аквариум состоит из:

Варианты генераторов

Брожение («бражка»)

Простейший способ, при котором углекислый газ получают за счет расщепления сахаров дрожжевыми культурами. В этом случае генератор представляет собой любую емкость, заполненную питательным раствором и колонией дрожжей.

Такое устройство легко изготовить собственными руками, компоненты для него доступны и дешевы. К недостаткам метода относится ограниченный срок действия, сложности регулировки, неравномерное газообразование. Несмотря на это, некоторые производители предлагают серийные «эко» варианты, использующие такой способ.

Баллонный

В такой системе источником газа служит баллон со сжиженным CO₂. Наиболее сложный вариант, требует штуцерного узла с редуктором для понижения давления и манометрами для контроля давления в баллоне и магистрали. Зато с точки зрения регулировки и управления превосходит любой другой способ – электромагнитный и управляемый игольчатый клапан легко решают все проблемы.

Химический

Способ основан на выделении углекислого газа при реакции солей (карбонатов, например, соды или известняка) с кислотами. Требует более дорогостоящих деталей для реакции, может обеспечивать достаточно длительную генерацию (при решении проблемы дозировки компонентов). Ему также присущи проблемы с регулировкой и неравномерностью выделения газа.

Экзотические варианты

Способов получения углекислого газа достаточно много:

Большинство экзотических методов пока не нашли промышленной реализации, но вполне успешно работают в различных самоделках.

Реакторы

Реактор должен обеспечить эффективное растворение газа в аквариумной воде. На практике используются 2 разновидности.

Пассивные

Растворение происходит естественным образом при контакте газа с водой.

Варианты таких реакторов:

Активные реакторы (помпы)

В таких устройствах в рабочем пространстве создается противоток воды и газа, что приводит к активному растворению пузырьков. Наиболее сложная система с точки зрения технической реализации, но лучший вариант для аквариумов больших объемов.

Дополнительные устройства

Кроме генератора и реактора в системе могут понадобиться:

Системы серийного производства для подачи CO2

Производители оборудования для аквариумов предлагают множество моделей систем для подачи CO₂. Коротко о продукции некоторых из них – ниже.

Dennerle

Компания предлагает системы подачи CO₂ различного уровня, использующие разные технологии для аквариумов любого объема.

Так, в комплект поставки баллонной системы Einweg 300 Space для аквариума на 300 л входят:

Практически аналогично комплектуется набор для нано-аквариумов Nano, но емкость баллона составляет всего 80 г, используется редуктор простейшей конструкции.

Для построения более сложных систем возможна замена комплектующих (например, добавление манометрического узла, установка ночного запорного клапана, таймера и пр.).

Есть в ассортименте производителя и BIO-системы (например, BIO 60), в которых в качестве генератора используется баллон с гелем и стартовой капсулой для инициации процесса, устанавливается счетчик пузырьков.

Eheim

Производитель из Германии предлагает баллонные системы для аквариумов практически любого объема.

В стандартном сете поставляются:

• Баллон со сжиженной углекислотой с (для некоторых, например 2000 г) возможностью дозаправки. Емкость – от 200 до 2000+ г.
• Редуктор для понижения давления (для дозаправляемых – с штуцерным узлом для заправки).
• Счетчик пузырьков.
• Диффузор.
• Шланг.
• Дроп-чекер и тесты.

При необходимости систему можно доукомплектовать электромагнитным и обратным клапанами, устройствами управления (таймером). Подойдут как комплектующие компании, так и аксессуары других производителей (требуется подбор).

Ista

Ista выпускает качественные балонные CO₂ системы профессионального уровня и комплектующие к ним.

Комплектуется базовая система:

• Алюминиевым баллоном емкостью 1 л.
• Редуктором с 2 манометрами, встроенным электромагнитным клапаном.
• Счетчиком пузырьков с обратным клапаном.
• Компактным диффузором.
• Шлангом.

При необходимости система может быть дополнена устройствами управления (таймером, контроллером концентрации газа), атомайзером (внешним реактором для улучшения растворения CO₂).

Aqua

Российская компания предлагает баллонные системы как в виде конструктора (Стандарт и Стандарт+, Профи), так и комплектные.

Покупатель может выбирать системы по:

• емкости баллона;
• конструкции редуктора;
• варианту диффузора;
• наличию счетчика пузырьков;
• вариантам дроп-чекеров и пр.

Часто спрашивают

Видео-советы по обеспечению CO2 в аквариуме