Грунт В Аквариуме С Растениями.

[ShamaN 91]

Сначала сформулируем главные требования к субстрату в аквариуме с растениями:

• слабая циркуляция воды в субстрате для длительной жизни аквариума
• способность накапливать и эффективно передавать корням растений питательные вещества
• запас органики на год и более · слабокислая реакция pH<7.0 · большая площадь поверхности для поселения колонии бактерий
• низкий редокс потенциал
• отсутствие избытка кислорода в грунте и одновременно минимально необходимое движение воды между частицами грунта для предотвращения полностью анаэробных (практически без кислорода) зон
• не должен слеживаться и комковаться 
• хорошая проницаемость для корней растений
• не должен повреждать корневую систему

 

Циркуляция воды в субстрате

Загнивание субстрата происходит от слишком малого количества кислорода. Чем больше кислорода, тем больше будет колония бактерий в грунте и тем эффективнее она будет преобразовывать аммоний в нитрат предотвращая вспышки водорослей. 1) теплый грунт для определённых видов растений (напр. Barclaya longifolia) 2) ускоряет биохимические процессы – реакции восстановления, те которые делают питательные вещества более растворимыми 3) восполняет запасы питательных веществ в субстрате 4) удаляет из субстрата вредные вещества 5) дает хелатирование микроэлементов органическими молекулами (гуминовыми веществами, выделяемых торфом и илом или биогумусом) 6) восстановительные реакции преобладают над окислительными, так что микроэлементы не выпадают в осадок или даже восстанавливаются из окисленного состояния (как Fe). Для этой цели можно использовать подогрев субстрата. Давно уже практикуется такие методы, как грунтовые термокабели, помещение дросселей от ламп на дно аквариума снаружи и т. д. Считается что конвекционные потоки для движения воды в грунте можно получить только сделав неравномерный нагрев, то есть уложив кабель с определённой мощностью нагрева с определённым шагом. Но есть другой путь. При нормальной температуре в помещении циркуляцию воды естественным путем обеспечивает нижний слой грунта с лавой. Этот способ намного проще и эффективнее в обычных условиях – когда температура в помещении где установлен аквариум ~20…24°С, и надежнее если температура часто бывает ВЫШЕ 24°С. Это создает тот же эффект слабой циркуляции воды в субстрате, но без дорогостоящего оборудования и расхода электроэнергии. Кроме того, культура бактерий в пористой лаве будет намного богаче, что даст гораздо больше преимуществ нежели при подогреве субстрата с нижним слоем традиционного состава — торф+глина, латерит, гумус, вермикулит и прочих практически полностью анаэробных и крайне неудобных для аквариума смесей. В тёплом климате подогрев субстрата теряет всякий смысл, и получить циркуляцию воды можно будет ТОЛЬКО при помощи лавы в нижнем слое. Терморегулятор/кабель под грунтом ставится на температуру на 1-2 градуса выше (26-27°С) чем нормальная температура воды 25°С. Если летом вода будет теплее 26-27°С, нагрев грунта отключится, и циркуляция прекратится. Лава же сохраняет циркуляцию. Подогрев грунта нужен только если температура в помещении бывает 10°C и ниже, когда лава бессильна. В смысле доставки кислорода в субстрат за счет небольшого движения воды большую роль играет и само количество воды в нижнем слое. Чтобы происходило движение воды через верхние слои субстрата нужен большой градиент концентраций питательных веществ и температуры между нижним слоем грунта и водой в остальном аквариуме. Совершенно очевидно что чем больше объем воды в нижнем слое субстрата (т.е. чем выше его пористость) — тем выше градиент, и тем интенсивнее будет обмен воды между ним и аквариумной водой проходя через основной (верхний) слой грунта. В результате килорода поступает больше, а верхний слой лучше перезаряжается питательными веществами. 75-90% объема занимаемого пористыми материалами вроде лавы и гравелита (обязательно со сквозными порами!) — это вода, поэтому они и работают на порядок лучше чем обычный крупный гравий. Если же внизу лежит обычный гравий, объем воды будет очень мал (~20-30%), что со временем еще больше усугубится накоплением медленно перерабатываемого донного осадка и неизбежно приведет к прекращению движения воды и загниванию субстрата. Использование лавы дает большой объем воды в нижнем слое и больше кислорода, предотвращая полную анаэробность субстрата на долгие годы. Имеются данные, что продолжительность жизни аквариумов с растениями до 18 месяцев без кабеля, и >5 лет с кабелем. Такой же результат гарантирует и лава. Таким образом, сделав нижний слой из смеси лава+торф вы получите движение воды как от использования подогрева субстрата и множество других преимуществ. В обоих случаях главная цель обеспечения слабой циркуляции воды в субстрате – продлить срок жизни сада под водой и заставить максимально эффективно работать субстрат, поэтому если вы делаете аквариум на 8-12 месяцев, можно обойтись без лавы в нижнем слое и использовать обычный гравий или какой-нибудь пористый субстрат: нижний слой 3см гравий 5-10мм с добавкой цеолита, торфа, биогумуса (под ним имеется в виду, например Tetra Initial Sticks), а верхний слой из гравия 2-5мм. ^

Микроэлементы в грунте

Единственный способ доставить микроэлементы растениям — это предотвратить их окисление и выпадение в осадок. Растения получают микроэлементы двумя путями — через воду, и корневую систему. И в том и в другом источнике питания растений микроэлементы должны находиться в связанном состоянии. В воде микроэлементы должны быть растворены, чтобы использоваться растениями. В противном случае они очень быстро окисляются и уже не могут быть использованы растениями для питания, так как будут выведены из раствора, т.е. выпадут в осадок. Например, двухвалентное железо [Fe2+] чрезвычайно реактивно, и в богатом кислородом грунте формирует оксид и гидроксид железа (трехвалентное Fe3+) и выпадает в осадок в виде ржавчины, так и не будучи использованным растениями. Микроэлементы которые ведут себя подобным образом это железо Fe2+, кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+, калий K2+, марганец Mn2+, цинк Zn2+, медь Cu2+, и даже аммоний NH4+. Перечисленные микроэлементы, чтобы быть доступными для питания растений через воду обязательно должны быть химически связаны хелаторами чтобы оставаться в растворенном состоянии, т.е. иметь соответствующее ионное двухвалентное состояние [X2+]. Для хелатирования микроэлементов в жидких удобрениях используются хелаторы, которые связывают, например железо, как Fe3+ или глюконат связывающий железо в форме Fe2+. Что касается субстрата, то предотвращение окисления микроэлементов и выпадения в осадок, происходит при помощи негативного заряда частиц грунта. Например в частично анаэробном субстрате Fe3+ восстанавливается до Fe2+, и сразу же фиксируется негативным зарядом субстрата сохраняя его доступность для корней растений. ^ Органика в субстрате. Водные растения не будут расти в любом пруду или ручье. Они будут расти только в среде где грунтовые воды приносят питательные вещества в субстрат. Как и в природе, водные арстения нуждаются в субстрате богатом питательными веществами. Это способствует росту и стабилизирует водную среду.

Важнейший компонент грунта — запас органики

Источник органики используется очень концентрированный — органика составляет малую часть от объема нижнего слоя. — используется в смеси с пористой лавой, что все вместе предотвращает загнивание субстрата. Растения могут полностью обойтись питанием из воды, но при нормальных концентрациях фосфатов в воде предпочитают питание из субстрата.

Гетеротрофные бактерии грунта являются конкурентами для водорослей за питание. Анаэробные условия в грунте. Доступность железа [Fe] и других макро- и микроэлементов для питания растений зависит от количества кислорода в грунте. Слишком много кислорода быстро окислит хелаты микроэлементов, и те выпадут в осадок так и не будучи использованными растениями. Почти весь кислород в грунте должен потребляться аэробными бактериями живущими в грунте. Весь кислород они будут потреблять только если их достаточное количество. Чтобы колония бактерий работала на максимуме своих возможностей должны быть такие условия, чтобы площади поверхности грунта для поселения бактерий и кислорода было в избытке, а питательных веществ от продуктов разложения органики всегда не хватало — колония должна быть голодающей. Так всегда будет гарантия переработки всех отложений в грунте, а это основное условие долгой жизни аквариума. Большое количество бактерий может развиться только в крупном пористом грунте с очень большой площадью поверхности, таком как лава, гравелит и т.п.

Благодаря величине зерна 8-12мм между частицами лавы всегда будет незначительное движение воды доставляющее кислород для жизнедеятельности бактерий и питательные вещества для растений. Умеренно анаэробные условия в грунте дают еще несколько важных преимуществ для роста растений. Корни водных растений приспособлены к почти анаэробным условиям подводного субстрата. Они имеют корневые волоски как у наземных растений, которые могут вообще не сформироваться если субстрат недостаточно анаэробный. Это хорошо заметно когда растение растет в слишком крупном грунте (вроде крупного гравия, битого кирпича, керамзита) без верхнего слоя мелкой фракции 3-5мм и пускает очень длинные толстые белые корни стремясь достичь более подходящих для питания растения слоев субстрата. Уменьшение количества кислорода в грунте играет существенную роль в улучшении роста растений, так как между нитрифицирующими бактериями и растениями существует конкуренция за аммоний [NH4+]. Большая колония гетеротрофных бактерий улучшает питание растений путем понижения концентрации кислорода в грунте так как нитрифицирующие бактерии плохо конкурируют за кислород с гетеротрофными бактериями разлагающими органику в грунте — теми, что образуют — это увеличивает шансы растений употребить весь доступный аммоний [NH4+] раньше нитрифицирующих бактерий. Кроме того, гетеротрофные бактерии, живущие только в условиях умеренной анаэробности, тоже могут в результате своей жизнедеятельности преобразовывать Fe3+ в двухвалентное железо Fe2+. Железо в почвах присутствует в окисленной форме Fe3+. Все растения, кроме злаковых, чтобы абсорбировать и употребить должны его преобразовывать в форму Fe2+. Чтобы выполнить это преобразование особый фермент отдает железу электрон — происходит реакция восстановления. Этот фермент не только ответственен за усвоение железа, но и всех остальных металлов, причем при недостатке какого-либо элемента, неважно магния, марганца или цинка кроме железа он заставляет растение накапливать большие количества других металлов — меди, железа или марганца. Если субстрат недостаточно анаэробен, этот механизм работать не будет, и растения не смогут получить железо из субстрата. Умеренная анаэробность также понижает редокс потенциал, что тоже значительно увеличивает растворимость микроэлементов и повышает концентрацию аммония [NH4+] в грунте, увеличивает доступность железа, азота и фосфора. Для этого укладывают субстрат слоем не менее 5см, и используют в верхнем слое гравий не крупнее чем смесь из частиц от 2 до 5мм. Необходимо также понизить pH субстрата, добавив в нижний слой источник гуминовых кислот — торф, гумат. Кроме такой возможности использовать нерастворимые микроэлементы растения производят энзимы, при помощи которых преобразуют выпавшие в осадок микроэлементы в употребимую для корней растений ионную форму. Сифонка грунта не только разрушает культуру бактерий верхнего слоя, но и резко повышает редокс потенциал снижая тем самым доступность питательных веществ для растений. По этой причине сифонить грунт в аквариуме с растениями нельзя! Известно что в грунте не должно быть ничего что гниет. В природе соотношение массы воды к грунту другое, и процессы гниения оказывают совсем иное воздействие нежели в искусственном биотопе аквариума. Крайне важно чтобы грунт не слеживался и вода циркулировала вокруг корней, иначе через пару месяцев начнет гнить органика с выделением крайне ядовитого газа сероводорода (с запахом тухлых яиц). В таких условиях даже возможно обратное преобразование бактериями нитрата NO3 в токсичный нитрит NO2! Никогда не применяйте, пишет К. Кассельман, латерит, вермикулит, глину, суглинки и мелкий песок для нижнего слоя: пару месяцев у растений бурный рост а потом неизбежно начнется загнивание корней. То же касается и однослойных субстратов состоящих только из крупной гальки 5-15мм, независимо из какой (мраморная крошка, битый кирпич, лава, кремний). Первые несколько месяцев рост растений будет бурным, а потом ил забивает поры между частицами грунта до самого низа, делая его полностью анаэробным!

По этим причинам для аквариума с растениями НЕприменимы cледующие добавки в грунт:

• гумус (садовая земля),
• большие количества глины,
• суглинки, молодой торф,
• лиственный перегной,
• латерит (можно только как добавку),
• вермикулит, перлит,
• мелкий песок (<=2мм).

Кроме перечисленных качеств даваемых лавой с торфом есть еще одно — намного более эффективное формирование колонии бактерий в субстрате. Эффективность работы экосистемы аквариума во многом зависит от колонии бактерий живущих в грунте. Кроме большой площади поверхности грунт должен иметь такие свойства, которые позволяют колонии бактерий быстро заселять все свободные поверхности. Бактерии должны быстро сформировать биопленку — защитную лабиринтовую среду из полисахаридов, внутри которой процветает сообщество нитрифицирующих и других бактерий, перерабатывающих все органические и неорганические отходы аквариума. Наиболее подходящее место для развития биопленки в которой живет сообщество бактерий — в торфяном компосте который откладывается между частицами грунта. Такой компост есть в природных водоемах. В аквариуме же в чистом гравие, без нужных компонентов, он будет формироваться многие месяцы. Ускорить этот процесс может только добавление заменителя природного донного осадка — смесь торфа/гумата, лавы и биогумуса. Отрицательный заряд притягивающий питательные вещества и бактерии, особая пористая структура задерживающая частицы, большая площадь поверхности, большое количество мелких органических частиц помогут быстро сформировать биопленку. Рекомендации. Верхний слой субстрата должен обеспечивать: большую площадь поверхности, хорошую проницаемость для корней растений и предотвращать проваливание ила в средние/нижние слои. Нижний слой: должен служить базой для большого запаса органики и предотвращать блокирование движения воды и ее загнивание, давать большую площадь поверхности для поселения культуры бактерий, снижать pH до оптимальных <7.0.

В качестве «базы» нижнего слоя обеспечивающей циркуляцию воды всегда следует брать пористые материалы крупной фракции. Можно использовать лаву EHEIM Ehfilav, дренажную лаву для бонсай. Альтернатива — цеолит, диатомит. Использовать их как основной субстрат не следует – слишком крупные, а грубая поверхность будет повреждать корни растений. Традиционно для подкисления субстрата используется торф. Источник органики — биогумус. Если верхние слои субстрата из нейтрального гравия, нижний слой желательно усилить добавив физически стабильные (торф и биогумус разлагаются со временем) материалы, не приводящих к полной анаэробности. Это крупный 8-12мм цеолит, диатомит, кальцинированные глины. Оптимальная смесь для НИЖНЕГО слоя субстрата может быть такой: — лава 8-12мм + торф сфагновый 5% от объема + биогумус 10-20%. — гравелит 5-12мм + торф 5% + цеолит + биогумус 10-20%. — цеолит + торф сфагновый 5% + биогумус 10-20% Уложить эту смесь на самое дно слоем толщиной 1,5-2см. Используя для верхних слоев нейтральный гравий, сделав нижний слой из лавы с торфом и биогумусом вы гарантированно получите значительное улучшение роста растений, плюс в отличие от других анаэробных смесей — долгую жизнь субстрата (>5 лет). Очень важно использовать для верхнего слоя гравий фракции 2-5мм — он не позволяет илу проваливаться в нижние слои субстрата, и тем самым надежно предотвращает нижние слои от заиливания и полной анаэробности. Кроме того, в богатом кислородом верхнем слое ила будет хорошо развиваться колония гетеротрофных бактерий которые разлагают органику (процесс называемый минерализацией).

Иногда для предотвращения полной анаэробности используют крупный гравий, уложенный одним слоем одинаковой фракции 5-10мм, а так же керамзит и подобные ему керамические пористые материалы, битый кирпич и пр. В этом случае невозможно положить в нижние слои запас микроэлементов и органики — они сразу же попадут в воду и приведут к вспышке водорослей. С таким грунтом полагаются на постепенное накопление ила между гранулами. Это происходит за 3-6 месяцев, после чего рост растений существенно улучшается. Но позднее ил проваливаясь глубоко между гранулами быстро приводит к полной анаэробности субстрата — рост растений снова прекращается и грунт загнивает. О невозможности высадить мелкие растения переднего плана в такой грунт я здесь даже не упоминаю… Укладка верхнего слоя фракции 2-5мм слоем ~3см не допустит такой ситуации, но без нижнего слоя лава+торф+биогумус проблема с блокированием движения воды в нижних слоях останется.