Для хорошего роста растениям нужны четыре вещи:
- свет достаточной интенсивности, подходящего спектрального состава и длительности
- постоянная подача CO2
- питательные вещества и микроэлементы
- грунт с нужными свойствами
Растения состоят из углерода [C] на 40 – 50% (сухого веса), а в аквариуме без подачи CO2 его количество настолько мало, что им просто негде взять основной строительный материал для своих клеток. Растения используя световую энергию, кислород, углерод и водород для осуществления фотосинтеза. С помощью фотосинтеза углеводы, например глюкоза, получается из двуокиси углерода CO2 по реакции:
CO2 + 6 H2O + 674.000 кал (солнечная энергия) → C6H12O6 + 6H2O
CO2 + 2H2O → [CH2O] + O2 + H2O
Как видно это невозможно без достаточного количества CO2. По этой формуле также видно, что процесс фотосинтеза растений требует определенного уровня энергии света (~ 674.000 кал). Если свет недостаточно яркий, фотосинтез происходить не будет. При уровне освещенности близком к оптимальному, фотосинтез будет происходить все быстрее и быстрее.
Почему именно СО2?
Растениям углерод доступен в двух формах: газообразной в виде оксида углерода [CO2], и растворенной в воде как бикарбонат [HCO3—]. Растения предпочитают потреблять CO2 не из бикарбоната, а как чистый CO2 без больших энергетических затрат, кроме того многие растения не могут напрямую утилизировать бикарбонат для фотосинтеза. Растворенный в воде оксид углерода (CO2 — углекислый газ) дает растениям самый лучший и наиболее легко ассимилируемый источник углерода.
СО2 и кислород
Вопреки распространенному заблуждению, углекислый газ не вытесняет из воды кислород и не ограничивает его доступность для дыхания рыб — они успешно сосуществуют. Наоборот, благодаря хорошему росту растений концентрация кислорода днем, когда растения активно фотосинтезируют, достигает 11 мг/л, что намного выше 100% границы насыщения при температуре воды 24°C, и к утру падает только до 8 мг/л. Для нормальной жизнедеятельности рыб достаточна концентрация растворенного кислорода в воде 5 мг/л (насыщение 60%).
Баланс света и СО2
Интенсивность освещения и подача CO2 должны соответствовать друг другу. Слишком много света без соответствующей подачи CO2 приносит растениям только вред. Для фотосинтеза растений не всегда нужно очень много CO2, что видно из формулы фотосинтеза:
6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 H2O
При этом растения могут выделять кислород (активно фотосинтезировать) даже БЕЗ поступления питательных веществ! Но это не cможет продолжаться долго. Растения будут становиться все более слабыми несмотря на активный фотосинтез. При этом потребление ими фосфатов и азота из воды уменьшается, а этим сразу же воспользуются водоросли. Если много света, но недостаточно CO2, растения не будут активно расти и появятся водоросли. Вносимые жидкие удобрения еще больше усугубят проблему. С другой стороны если недостаточно света, а CO2 подается много, растения не потребляют CO2 и его концентрация может превысить допустимый предел став токсичной для рыб и беспозвоночных (> 30 мг/л).
Некоторые растения более светолюбивые чем другие, например длинностебельные с очень тонкими листьями. Требуя больше света они, соответственно, требуют и большей подачи CO2! Нет сложных и простых растений, просто есть светолюбивые и тенелюбивые — кроме разного необходимого количества света и CO2 они ничем не отличаются. Следует с самого начала создания определить мощность флуоресцентных ламп (от 0.5 до 1 Вт/литр) и подачу CO2, чтобы в последующем эти факторы не уменьшали рост растений — будет проще определение их потребности в других питательных веществах.
Сколько подавать СО2. Как сделать pH и насыщение воды CO2 идеальными для растений?
Если достичь в аквариуме KH = 4°, и отрегулировать подачу CO2 так, чтобы pH установился на уровне 6.8 утром и 7.2 вечером — в результате средняя концентрация CO2 будет ~ 15 – 30 мг/л. pH и KH – это то что каждому, кто держит аквариум с растениями абсолютно необходимо понимать, два взаимосвязанных понятия. pH это мера кислотности воды (acidity). Ее определяет негативный логарифм количества гидроксидных ионов (H+) в воде — чем их больше, тем ниже pH. pH реакция воды может быть кислой (pH < 7.0), нейтральной (pH = 7.0) или щелочной (pH > 7.0).
Карбонатная жесткость КН это мера щелочности воды. KH указывает на способность удерживать pH на определенном уровне, то есть является показателем буферных свойств воды. Она постоянно изменяется, поэтому ее называют временной жесткостью. Значение KH это количество бикарбонатов [HCO3—] в воде, которые нейтрализуют действие постоянно образующихся в аквариуме кислот, например нитратов, понижающих pH, удерживая тем самым pH от понижения. Соответственно чем больше бикарбонатов [HCO3—] в воде (путем подачи CO2), тем ниже уровень pH.
CO2 понижает pH
При подаче CO2 в аквариум в воде образуются небольшое количество угольной кислоты [H2CO3] (0.1 – 0.2%), она диссоциируется на ион [H+] и бикарбонат [HCO3—] (основа KH), концентрация ионов H+ увеличивается, понижая рН — значит подавая СО2 мы можем понижать рН в аквариуме одновременно давая важнейший питательный элемент для роста растений — углерод [C]. С понижением pH в воде увеличивается доля углерода в форме CO2. Так как на значение pH влияет карбонатный буфер KH и концентрация CO2 в воде, то взаимосвязь {pH ↔ KH ↔ растворенный CO2} является жесткой.
В связи с тем что pH в основном определяется наличием карбонатного буфера KH, количество подаваемого CO2 зависит от того, какой нам нужен уровень pH в аквариуме с растениями. То есть в тройке {pH ↔ KH ↔ CO2} pH и KH являются заданными величинами, а подача CO2 будет регулироваться для обеспечения одновременно оптимального уровня pH = 6.8 – 7.2 и концентрации углекислого газа в воде. Для получения оптимальной концентрации CO2 = 15 – 30 мг/л и pH = 6.8 – 7.2 вода должна быть с исходным KH = 2 – 8, что соответствует воде с общей жесткостью dGH = 4 – 10.
Выветривание CO2
Углекислый газ очень легко выветривается из воды, так же легко как и при взбалтывании бутылки с газированной водой, поэтому желательно уменьшить движение поверхности воды. Для этого:
- НИКОГДА не применяйте аэрацию воды, в аквариуме с растениями она просто не нужна!
- Всегда размещать выходной патрубок канистрового фильтра ниже уровня воды.
- Не используйте флейту на выходе воды в аквариум из фильтра.
- В случае применения помп для создания течения располагать их следует так, чтобы уменьшить движение поверхности воды.